CN111298355B - 扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂及其制备方法，包括以下重量份数的组分：原料粉体2‑30份，分散剂2‑4份，分散助剂0.2‑0.5份，防腐剂0.03‑0.08份，余份为水，共计100份(重量)，所述原料粉体为固体粉体颗粒，原料粉体由密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐，非金属矿物微粒组成。本发明的密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐在遇火之后，由于受热分解，释放出二氧化碳、氨等分子，这些分子本身对火焰有抑制作用，促进灭火；非金属矿物微粒如云母以及石墨分子结构稳定，具有耐高温、耐强酸碱的特性，能够实现对燃烧火焰的隔离作用。
Description
技术领域
本发明涉及消防领域，具体涉及扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂及其制备方法。
背景技术
气体、固体和液体是不同的相态，在一定条件下互相转化。均匀的多相体系被广泛运用到了工业领域。公开号为CN1349505C的专利描述的多相体系中，通过甲硫基吡啶与次溴酸盐反应制备三溴甲磺酰基吡啶的方法。公开号为CN109134187B专利描述了一种合成高立体阻碍的溴代苯的新工艺和制备方法，包括通过苯胺的氢溴酸盐与无机亚硝酸盐，在有水和一种或几种惰性溶剂存在下，形成的两相或多相体系中。该工艺不需要重金属盐催化，不需要分离烷基亚硝酸酯中间体，也不需要分离重氮盐或其溶液，反应后处理可以通过加入水、分相、精馏等常规方法来完成的，并且反应所产生的少量芳基酚，可以通过碱性水洗涤除去，适合工业化生产。多相体系同样可用于消防领域。
柴油属可燃物，其蒸汽在高温下遇明火会燃烧，燃烧放出大量的热；柴油是电的不良导体，在运输、灌装过程中，油分子之间、柴油与其他物质之间的摩擦会产生静电，产生电火花引燃，燃烧后的柴油会产生油雾、碳粒和致癌物等，造成污染。因此，扑救柴油火灾时，迅速降低温度，扑灭火灾，减缓柴油的进一步挥发和减少燃烧后产物，保证人员安全十分重要。
目前柴油着火常规采用的灭火方式有泡沫灭火器、干粉灭火剂以及CO2 灭火剂。泡沫灭火剂灭火效果相对来说比较好，复燃率低，但是存在用量多，用时长的问题。干粉灭火剂能暂时有效隔离空气与柴油，有效灭火，但是干粉重量较重，很快会沉淀，只能暂时隔离，且燃烧后柴油的温度未降低，很快就会复燃，造成二次伤害。CO2 灭火剂成本较高，一般用于精密仪器、贵重文件资料等。基于此本申请提出一种扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂及其制备方法。
发明内容
针对上述的泡沫灭火器、干粉灭火剂以及CO2 灭火剂存在的问题，本发明的目的在于：提供扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，包括以下重量份数的组分：
原料粉体2-30份，分散剂2-4份，分散助剂0.2-0.5份，防腐剂0.03-0.08份，余份为水，共计100份(重量)；所述原料粉体为固体粉体颗粒，原料粉体由非金属矿物微粒、密封包裹的碳酸氢盐与密封包裹的多聚磷酸盐按组成，其按重量配比20：4：1配制。
密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐在遇火之后，由于受热分解，释放出二氧化碳、氨等，这些分子本身对火焰有抑制作用，促进灭火；非金属矿物微粒如云母以及石墨分子结构稳定，具有耐高温、耐强酸碱的特性，能够实现对着火表面的附着作用和对火焰的隔离作用。
本发明采用的分散剂(2～4％(w/w))，如巴斯夫埃夫卡4009(改性聚氨酯)，分散助剂(0.2～0.5％(w/w))，如巴斯夫湿润剂CF10(烷基酚乙氧化物烷基苯磺酸钠)以及防腐剂双乙酸钠(0.03-0.08％)等。
优选的，原料粉体18份，分散剂3份，分散助剂0.3份，防腐剂0.05份，余份为水，共100份(重量)；原料粉体由密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐，非金属矿物微粒组成。
优选的，所述原料粉体粒径为100-2000目。优选方案是200-800目，具有更优异的分散性能，更优选方案是300-400目的微颗粒材料。
优选的，所述密封包裹的碳酸氢盐为密封包裹的碳酸氢钠、或密封包裹的碳酸氢铵中的一种或二种。
为达到良好和稳定分散的目的，本专利对原料(碳酸氢盐、多聚磷酸盐以及部分或全部的非金属矿物微粒)进行了必要的处理。密封包裹(例如在碳酸氢盐、多聚磷酸盐表面形成包裹层)的处理，主要目的是改变材料在水中的稳定性和溶解性，使之在消防剂贮存的过程中，不破坏体系的稳定性，同时还保障在灭火过程中不妨碍其迅速发挥出作用。化学修饰(主要是针对的非金属矿物微粒)主要是针对材料分子加入活性修饰基团，比如磺酸基团，硬酸酯基团，硫酸基团、硝基团等，使得所制备的多相体系具有更好的分散性和稳定性。
优选的，密封包裹的碳酸氢盐和密封包裹的多聚磷酸盐的制备方法包括以下步骤：每100ml 95％乙醇溶剂中，加入氯化钙0.1-0.5g，加热溶解，冷却后，加入草酸0.2-0.4g，加入碳酸氢盐或多聚磷酸盐10-15g，搅拌浸泡10-14h，过滤，低温烘干，即得到密封包裹的碳酸氢盐和多聚磷酸盐。
优选的，密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐的制备方法包括以下步骤：每100ml 95％乙醇溶剂中，加入氯化钙0.3g，加热溶解，冷却后，加入草酸0.3g，加入碳酸氢盐或多聚磷酸盐12.5g，搅拌浸泡12h，过滤，40℃烘干，即得到密封包裹的碳酸氢盐和多聚磷酸盐。
优选的，所述非金属矿物微粒为低温膨润土、云母、石墨或经过化学修饰的低温膨润土、云母、石墨中的一种或多种；所述化学修饰过的非金属矿物微粒中的活性修饰基团为磺酸基团、硬酸酯基团、硫酸基团、硝基团中的一种或多种。
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照权利5或6所述的方法制备密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐；通过化学方式对非金属矿物微粒进行化学修饰；
S2：取64.7-95.5份的去离子水，添加2-4份分散剂，以及0.2-0.5份分散助剂，充分搅拌10-30min后，添加2-30份原料粉体，以及0.03-0.08份防腐剂，原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐组成，其配比按20：4：1配制，继续搅拌10-30min，得到水基多相体系悬浮液。
优选的，所述非金属矿物微粒石墨的化学修饰的方法包括以下步骤：按石墨：乙酸酐：HNO 3 ：高锰酸钾重量比为1:(0.5-1):(0.2-0.7):(0.03-0.1)进行配比，先加入乙酸酐，浓硝酸，再加入高锰酸钾，最后加入石墨粉体，搅拌，反应40-80min后抽滤，加入30％过氧化氢后继续搅拌，直至高锰酸钾反应完全不再产生气体，水洗至pH＝5-7，过滤，30-65℃干燥。
优选的，扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂的制备方法，所述非金属矿物微粒石墨的化学修饰的方法包括以下步骤：按石墨：乙酸酐：HNO 3 ：高锰酸钾重量比为1:0.8:0.5:0.07进行配比，先加入乙酸酐，浓硝酸，再加入高锰酸钾，最后加入石墨粉体，搅拌，反应60min后抽滤，加入30％过氧化氢后继续搅拌，直至高锰酸钾反应完全不再产生气体，水洗至pH＝5-7，过滤，50℃干燥。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
1)本发明的密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐在遇火之后，由于受热分解，释放出二氧化碳、氨或其他分子等，这些分子本身对火焰有抑制作用，促进灭火；非金属矿物微粒如云母以及石墨分子结构稳定，具有耐高温、耐强酸碱的特性，能够实现对着火表面的附着作用和对火焰的隔离作用；
2)本发明所提供的扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，物理化学性质稳定，对动物没有伤害作用；
3)与传统的灭火剂(泡沫灭火器、干粉灭火剂以及CO 2 灭火剂)相比，本发明具有用量以及灭火时间要明显优于传统的泡沫灭火剂，不复燃；
4)本发明制备的多相体系悬浮液可以单独容器贮存，或使用我们常见的消防容器贮存；在室温下，所制备多相体系稳定的贮存时间大于36个月，能够长期在室温下存储和运输。
附图说明
图1为原料粉体颗粒的粒度分布曲线图；
图2为原料粉体颗粒的粒度的扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，包括以下重量份数的组分：
原料粉体10份，分散剂2份，分散助剂0.2份，防腐剂0.03份，水溶剂87.5份；所述原料粉体为固体粉体颗粒，原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐按组成，其配比按20：4：1配制。所述原料粉体粒径为1000目，所述密封包裹的碳酸氢盐为密封包裹的碳酸氢钠。
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐的制备方法包括以下步骤：每100ml95％乙醇溶剂中，加入氯化钙0.1-0.5g，加热溶解，冷却后，加入草酸，加入碳酸氢盐或多聚磷酸盐10-15g，搅拌浸泡10h，过滤，35℃烘干，即得到密封包裹的碳酸氢盐和多聚磷酸盐。所述非金属矿物微粒石墨的化学修饰的方法包括以下步骤：按石墨：乙酸酐：HNO3：高锰酸钾重量比为1:0.5:0.2:0.03进行配比，先加入乙酸酐，浓硝酸，再加入高锰酸钾，最后加入石墨粉体，搅拌，反应40min后抽滤，加入30％过氧化氢后继续搅拌，直至高锰酸钾反应完全不再产生气体，水洗至pH＝5-7，过滤，30℃干燥。
S2：取87.5份的去离子水，添加2份巴斯夫埃夫卡4009，以及0.2份分巴斯夫分散助剂CF10，充分搅拌10min后，添加10份原料粉体，以及0.03份防腐剂。原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐按组成，其配比按20：4：1配制。继续搅拌10min，得到水基多相体系悬浮液；
实施例2
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，包括以下重量份数的组分：
原料粉体18份，分散剂3份，分散助剂0.3份，防腐剂0.05份，水溶剂78.2份，共100份(重量)。原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐按组成，其配比按20：4：1配制。所述原料粉体粒径为800目，所述密封包裹的碳酸氢盐为密封包裹的碳酸氢钠、密封包裹的碳酸氢铵。
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐的制备方法包括以下步骤：每100ml95％乙醇溶剂中，加入氯化钙0.1-0.5g，加热溶解，冷却后，加入草酸，加入碳酸氢盐或多聚磷酸盐10-15g，搅拌浸泡12h，过滤，40℃烘干，即得到密封包裹的碳酸氢钠、密封包裹的碳酸氢铵或密封包裹的多聚磷酸盐；所述非金属矿物微粒石墨的化学修饰的方法包括以下步骤：按石墨：乙酸酐：HNO3：高锰酸钾重量比为1:0.8:0.5:0.07进行配比，先加入乙酸酐，浓硝酸，再加入高锰酸钾，最后加入石墨粉体，搅拌，反应60min后抽滤，加入30％过氧化氢后继续搅拌，直至高锰酸钾反应完全不再产生气体，水洗至pH＝5-7，过滤，50℃干燥。
S2：取78.2份的去离子水，添加3份巴斯夫埃夫卡4009，以及0.3份分巴斯夫分散助剂CF10，充分搅拌10min后，添加18份原料粉体，以及0.03份防腐剂。原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐按组成，其配比按20：4：1配制。继续搅拌10min，得到水基多相体系悬浮液；
实施例3
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，包括以下重量份数的组分：
原料粉体30份，分散剂4份，分散助剂0.5份，防腐剂0.08份，水溶剂64.7份；所述原料粉体为固体粉体颗粒，原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐按组成，其配比按20：4：1配制。所述原料粉体粒径为2000目，所述密封包裹的碳酸氢盐为密封包裹的碳酸氢钠、密封包裹的碳酸氢铵。
扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐的制备方法包括以下步骤：每100ml 95％乙醇溶剂中，加入氯化钙0.1-0.5g，加热溶解，冷却后，加入草酸，加入碳酸氢盐或多聚磷酸盐10-15g，搅拌浸泡14h，过滤，45℃烘干，即得到密封包裹的碳酸氢钠、密封包裹的碳酸氢铵或密封包裹的多聚磷酸盐。所述非金属矿物微粒石墨的化学修饰的方法包括以下步骤：按石墨：乙酸酐：HNO3：高锰酸钾重量比为1:1:0.7:0.1进行配比，先加入乙酸酐，浓硝酸，再加入高锰酸钾，最后加入石墨粉体，搅拌，反应80min后抽滤，加入30％过氧化氢后继续搅拌，直至高锰酸钾反应完全不再产生气体，水洗至pH＝5-7，过滤，65℃干燥。
S2：取64.7份的去离子水，添加4份改性聚氨酯，以及0.5份巴斯夫湿润剂CF10，充分搅拌30min后，添加30份原料粉体，0.8份山梨酸钾。原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐按组成，其配比按20：4：1配制。继续搅拌30min，得到水基多相体系悬浮液；
本发明制备的多相体系悬浮液可以单独容器贮存，或使用我们常见的消防容器贮存。在室温下，所制备多相体系稳定的贮存时间优选大于6个月，更优选是大于12个月，更加优选是大于24个月，最佳优选大于36个月。
消防容器充具惰性氮气，压力可介于1.2-1.4MPa之间，也可以更高气压，其前提是容器可承受更高的气压，并且不影响消防灭火时操作使用。
贮存器也可以是带有泵或加压气源的罐，只要该罐确定能在遇到火灾的时候，可以手动操作或自动响应地将灭火剂通过软管和硬管，或从罐中直接喷出，快速地到达火灾区域及周边区域。消防容器材质可以由金属、聚合物、碳纤维、玻璃或任何适合的材料制作而成。这些容器种类包括：1)便携式的消防器：优选是1至30公斤容量消防器；2)手推车式的消防器，优选是20至300公斤容量消防器；3)安装在消防车的大型消防罐；4)固定贮存罐及喷射装置：定点固定安装在储能车间，油料危险品仓库，贴近火灾危险区域的特定设施。
柴油消防灭火剂制备完成之后，参照《泡沫灭火剂标准》(GB15308-2006)，《水系灭火剂》(GB17835-2008)和《手提式水基型灭火器通用技术条件》(GB4351-1997)等国家强制标准，进行了试验测试；均符合标准。
实验例1
为测试所制备的柴油灭火剂的环保性，将样品送至宁波出入境检验检疫局技术中心进行动物毒性检测，使用的动物包括豚鼠、大鼠、小鼠以及兔等四种常用的试验动物，对动物进行了急性经口毒性试验等六种试验。
急性经口毒性试验。按照《GB/T21603-2008化学品急性经口毒性试验方法》急性毒性试验试验标准，对ICR小鼠的急性经口LD50>5000mg/kg。
表1显示的是动物急性经口毒性试验结果
表1显示的是动物急性经口毒性试验结果，从表中试验结果证明了我们所制备的消防剂对动物没有伤害作用。
实验例2
使用3升消防器及标配的喷管和喷头，用氮气充压1.2MPa压力，测试喷射整个贮存所制备消防剂的时间为大约12-15秒，喷射顺畅，无堵塞情况出现。
实验例3
使用一块5层棉砂布，尺寸为500x500mm，用柴油充分侵润，点燃5秒之后，使用所制备的消防剂灭火，灭火时间为1.5秒，并且喷射区域不能再次点燃。
同样使用一块5层棉砂布，尺寸为500x500mm，用柴油充分侵润，点燃5秒之后，使用清水制备的灭火器灭火，灭火时间为5秒，并且喷射区域可以再次点燃。
实验例4
使用9公斤的消防器，用直径为58cm油盘多次测试所制备消防剂扑灭柴油火的性能。
表2重复测试所制备灭火剂扑灭柴油火的性能
| 测试号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 平均 |
| 灭火用时（秒） | 4.0 | 2.5 | 1.5 | 3.0 | 2.5 | 4.5 | 2.5 | 2.9 |
| 是否复燃 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 | 否 |
如表2所示，本专利使用9公斤的消防器，用58cm油盘多次测试所制备消防剂扑灭柴油火平均时间是2.9秒。
实验例5
用分别装入了所制备的灭火剂以及干粉或泡沫灭火剂的9公斤的消防器，采用直径为58cm(内装6公斤柴油)和120cm(内装24公斤柴油)油盘多次测试制备消防剂,并比较三款灭火剂对扑灭燃烧柴油的性能，数据如下：
表3所制备消防剂与干粉和泡沫剂灭火用时比较
从上述表3格结果来看，按照本专利的试验方法制备的灭火剂用量以及灭火时间要明显优于传统的泡沫灭火剂，但要弱于超细干粉灭火剂。但可能由于操作的原因，使用超细干粉灭火后可能出现复燃。另外从环保来讲，我们的灭火剂比更为超细干粉环保。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (4)
1.扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
原料粉体2-30份，分散剂2-4份，分散助剂0.2-0.5份，防腐剂0.03-0.08份，余份为水，共计100份(重量)；所述原料粉体为固体粉体颗粒，原料粉体由密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐，非金属矿物微粒组成；
所述原料粉体粒径为100-2000目；
所述密封包裹的碳酸氢盐为密封包裹的碳酸氢钠、密封包裹的碳酸氢铵中的一种或二种；
密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐的制备方法包括以下步骤：每100ml95％乙醇溶剂中，加入氯化钙0.1-0.5g，加热溶解，冷却后，加入草酸0.2-0.4g，加入碳酸氢盐或多聚磷酸盐10-15g，搅拌浸泡10-14h，过滤，低温烘干，即可得密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐；
所述非金属矿物微粒为低温膨润土、云母、石墨或经过化学修饰的低温膨润土、云母、石墨中的一种或多种；所述经过化学修饰的低温膨润土、云母和石墨中的活性修饰基团为磺酸基团、硬酸酯基团、硫酸基团、硝基团中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，其特征在于，原料粉体18份，分散剂3份，分散助剂0.3份，防腐剂0.05份，余份为水，共计100份(重量)，原料粉体由非金属矿物微粒、碳酸氢盐与多聚磷酸盐组成，按重量配比20：4：1配制。
3.根据权利要求1所述的扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂，其特征在于，密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐的制备方法包括以下步骤：每100ml 95％乙醇溶剂中，加入氯化钙0.3g，加热溶解，冷却后，加入草酸0.3g，加入碳酸氢盐或多聚磷酸盐12.5g，搅拌浸泡12h，过滤，40℃烘干，即可得密封包裹的碳酸氢盐或密封包裹的多聚磷酸盐。
4.基于权利要求1～3任一项所述的扑灭燃烧柴油的水基多相消防剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照权利1或3所述的方法制备密封包裹的碳酸氢盐，密封包裹的多聚磷酸盐；通过化学方式对非金属矿物微粒进行化学修饰；
S2：取64.7-95.5份的去离子水，添加2-4份分散剂，以及0.2-0.5份分散助剂，充分搅拌10-30min后，添加2-30份原料粉体，以及0.03-0.08份防腐剂，原料粉体由非金属矿物微粒、密封包裹的碳酸氢盐与密封包裹的多聚磷酸盐组成，按重量配比20：4：1配制，继续搅拌10-30min，得到水基多相体系悬浮液。
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