本發(fā)明涉及滅火藥劑的制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中性水系滅火藥劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
滅火劑是指能夠有效地破壞燃燒條件，終止燃燒的物質(zhì)。水是無嗅無味的液體，是人類賴以生存的基本物質(zhì)。水取用方便，分布廣泛，同時水在化學(xué)上呈中性，無毒，比熱容和汽化熱都較大，冷卻效果好。水可以直接帶走火焰高溫燃燒產(chǎn)物以及燃料表面的熱量；水在汽化階段可以非常有效的吸收熱能；水產(chǎn)生的蒸汽占據(jù)燃燒區(qū)，能夠阻止新鮮空氣進(jìn)入燃燒區(qū)，從而降低燃燒區(qū)氧氣的濃度，導(dǎo)致燃燒強度減弱直至終止。因此，水成為最常使用的滅火劑，其熱特性使它可用于大多數(shù)類型火災(zāi)的滅火過程。
水作為經(jīng)常使用的滅火劑，其熱特性使它可用于大多數(shù)類型火災(zāi)的滅火過程。水作為不燃液體，是最充足的天然滅火劑，但是水易于流動，實際滅火過程中只有小部分發(fā)揮了滅火作用，浪費率較高，抗復(fù)燃的效能也差，因此在水中添加某些具有特殊作用的物質(zhì)，以改善水的性能，同時滿足各種功能的需求，即發(fā)展成為水系滅火劑。
然而，由于水的流動性很強，在通常情況下，滅火使用的大部分水在與火接觸的瞬時，還來不及起作用就流失了，這就導(dǎo)致了水滅火的利用率較低，而且易于造成次生損失。比如，在撲滅森林火災(zāi)時，水噴灑到樹的枝葉上，停留時間很短，大部分水很快滴到地面，起不到應(yīng)有的滅火作用。在撲滅建筑物火災(zāi)時，流失的水順著樓梯或縫隙向下層流動，不但失去滅火作用，而且導(dǎo)致對未著火的下層區(qū)域造成二次損失。在煤炭防滅火中，難以將常規(guī)水基滅火劑較好地覆蓋到擬處理區(qū)域內(nèi)所有松散煤體表面，大大降低了防滅火效果。
現(xiàn)有的技術(shù)開發(fā)完成的森林火災(zāi)用滅火藥劑主要是用97%的水兌上3%的afff（水成膜泡沫）然后由直升機搭載從高空拋灑，但是藥劑可能添加有毒有害的防凍劑，且無法一年四季都使用，尤其是在冬季寒冷的地區(qū)使用困難，適用溫度范圍小?，F(xiàn)有技術(shù)中水系滅火劑阻燃性不好，滅火所需時間長。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種中性水系滅火藥劑及其制備方法，解決了滅火溫度適應(yīng)范圍低、阻燃性能弱的問題。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑23-25%；
含氮阻燃劑20-24%；
凝膠劑4-6%；
表面活性劑5-8%；
水玻璃8-12%；
ph調(diào)節(jié)劑2-5%；
其余量為蒸餾水。
將含磷阻燃劑和含氮阻燃劑兩種阻燃劑結(jié)合作為滅火藥劑的主要功能成分，阻燃性能優(yōu)于單獨使用相同含量的含磷阻燃劑或含氮阻燃劑，在水系阻燃劑中加入凝膠劑和水玻璃，使得阻燃劑的均勻度和粘稠度增加，其中ph調(diào)節(jié)劑用于調(diào)節(jié)滅火藥劑為中性，蒸餾水中雜質(zhì)離子含量少，并不會對滅火藥劑的功能成分產(chǎn)生不利影響。
進(jìn)一步地，所述含磷阻燃劑為三磷酸鈉、磷酸二氫銨、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯和硫代磷酸三異氰酸酯中至少一種。
含磷阻燃劑可以選用無機含磷阻燃劑或有機含磷阻燃劑，或者兩者混合使用，選用的四種含磷阻燃劑成本較低，可工業(yè)化；其中無機含磷阻燃劑在阻燃過程中有害氣體產(chǎn)生量少，更環(huán)保安全，有機含磷阻燃劑在阻燃過程中阻燃性能明顯優(yōu)于常規(guī)阻燃劑。
有機磷系阻燃劑大都具有低煙、無毒、低鹵、無鹵等優(yōu)點，符合阻燃劑的發(fā)展方向，具有很好的發(fā)展前景。有機磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、磷酸酯、有機磷鹽，還有磷雜環(huán)化合物及聚合物磷（膦）酸酯等，但應(yīng)用最廣的是磷酸酯和膦酸酯。磷添加劑的作用機理，是阻燃劑受熱時能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進(jìn)一步熱解，另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進(jìn)入氣相參與燃燒過程。含磷阻燃劑形成磷酸配作為脫水劑，并促進(jìn)成炭，炭的生成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導(dǎo)；其次，磷酸可吸熱，因為它阻止了co氧化為co2，降低了加熱過程；最后，對凝聚相形成一層薄薄的玻璃狀的或液態(tài)的保護(hù)層，因此降低了氧氣擴散和氣相與固相之間的熱量和質(zhì)量傳遞，抑制了炭氧化過程，降低了含磷阻燃劑受熱分解發(fā)生如下變化:磷系阻燃劑→磷酸偏→磷酸→聚偏磷酸，聚偏磷酸是不易揮發(fā)的穩(wěn)定化合物，具有強脫水性，在聚合物表合物與空氣隔絕;脫出的水氣吸收大量的熱，使聚合物表面阻燃劑受熱分解釋放出揮發(fā)性磷化物，經(jīng)質(zhì)譜分析表明，存氫原子濃度大大降低，表明po·捕獲h·，即po·+h·=hpo。
進(jìn)一步地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨、3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺中至少一種。
含氮阻燃劑中采用有機含氮阻燃劑或無機含氮阻燃劑，或者兩者混合使用；含氮阻燃劑與含磷阻燃劑的用量相近，其中使用的部分阻燃劑中既含氮又含磷，具有更加優(yōu)良的阻燃性能；其中無機含氮阻燃劑為磷酸二氫銨，既含氮又含磷，且成本低廉，阻燃性能十分優(yōu)良；有機含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺，兩者含氮量都非常高，阻燃性能十分優(yōu)良，成本在可控范圍內(nèi)，可工業(yè)化程度高。
含氮阻燃劑受熱時發(fā)生分解反應(yīng)。含氮阻燃劑主要是三聚氰胺及其衍生物和相關(guān)的雜環(huán)化合物，主要有、三聚氰胺磷酸鹽等，因為它的化學(xué)性質(zhì)與尼龍相似，所以它比含鹵阻燃劑和紅磷更優(yōu)越。三聚氰胺本身就能使尼龍的混合物達(dá)到v-o級。與各種鹵系衍生物、金屬氧化物、某些有機磷酸或堿金屬、堿土金屬鹽一起使用，阻燃非常有效。有用于玻璃增強的尼龍66的melapur2o0(三聚氰胺磷酸鹽)，加入后，使聚酞胺的熱穩(wěn)定性降低，因此在擠壓模型時要注意溫度控制。與含鹵添加劑和紅磷不同，含氮物使得聚酰胺滴落。
進(jìn)一步地，所述凝膠劑為聚甘油或羧甲基纖維素鈉。
凝膠劑選用聚甘油或羧甲基纖維素鈉，兩者均屬于十分常見的凝膠劑，具有十分優(yōu)良的性能。
進(jìn)一步地，所述表面活性劑為十六烷基三甲基銨或十二烷基苯磺酸鈉。
表面活性劑是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)。具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩親性：一端為親水基團，另一端為疏水基團；親水基團常為極性基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，羥基、酰胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團；而疏水基團常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。表面活性劑通過分子中不同部分分別對于兩相的親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當(dāng)于轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部。從而降低表面張力。由于兩相都將其看作本相的一個組分，就相當(dāng)于兩個相與表面活性劑分子都沒有形成界面，就相當(dāng)于通過這種方式部分的消滅了兩個相的界面，就降低了表面張力和表面自由能。
選用的表面活性劑均為常規(guī)表面活性劑，對滅火藥劑的功能成分無抑制作用。
進(jìn)一步地，所述ph調(diào)節(jié)劑為三乙醇胺或磷酸。
ph調(diào)節(jié)劑將滅火藥劑的ph值調(diào)節(jié)至中性，對容器的腐蝕性能低，使用安全性能增加；其中三乙醇胺中含有碳?xì)溲醯姆N元素，磷酸含有氫氧磷三種元素，在阻燃過程中產(chǎn)生的有害氣體較少，兩者未給滅火藥劑引入新元素，且對阻燃功能物質(zhì)無不利影響。
一種中性水系滅火藥劑的制備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然后加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5-1.8h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.0-1.2h；
s2酸堿度調(diào)節(jié)：將s1步驟混合物ph調(diào)節(jié)至6.5-7.5，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置6-8h；
s4成品制作。
進(jìn)一步地，所述s4步驟中成品制作為將熟化之后的混合液加入0.2-0.3%消泡劑，靜置20-25min，輸送至儲罐。
進(jìn)一步地，所述s4步驟中成品制作為熟化之后加入硅粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
在滅火藥劑中加入消泡劑制備得到的是液態(tài)粘稠的滅火藥劑，加入消泡劑可以避免在運輸過程中振蕩產(chǎn)生的泡沫，從而避免泡沫過多產(chǎn)生的溢流或容器破損的情況，增強運輸過程的安全性能；在滅火藥劑中加入硅粉制備得到固態(tài)滅火藥劑，粉末狀的滅火藥劑具有優(yōu)良的滅火性能，且硅粉燃點高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不屬于助燃劑，對滅火藥劑的有效成分無影響。
本發(fā)明的有益效果是：
1.將含磷阻燃劑和含氮阻燃劑兩種阻燃劑結(jié)合作為滅火藥劑的主要功能成分，阻燃性能優(yōu)于單獨使用相同含量的含磷阻燃劑或含氮阻燃劑，在水系阻燃劑中加入凝膠劑和水玻璃，使得阻燃劑的均勻度和粘稠度增加，其中ph調(diào)節(jié)劑用于調(diào)節(jié)滅火藥劑為中性，蒸餾水中雜質(zhì)離子含量少，并不會對滅火藥劑的功能成分產(chǎn)生不利影響；
2.含磷阻燃劑可以選用無機含磷阻燃劑或有機含磷阻燃劑，或者兩者混合使用，選用的四種含磷阻燃劑成本較低，可工業(yè)化；其中無機含磷阻燃劑在阻燃過程中有害氣體產(chǎn)生量少，更環(huán)保安全，有機含磷阻燃劑在阻燃過程中阻燃性能明顯優(yōu)于常規(guī)阻燃劑；
3.含氮阻燃劑中采用有機含氮阻燃劑或無機含氮阻燃劑，或者兩者混合使用；含氮阻燃劑與含磷阻燃劑的用量相近，其中使用的部分阻燃劑中既含氮又含磷，具有更加優(yōu)良的阻燃性能；其中無機含氮阻燃劑為磷酸二氫銨，既含氮又含磷，且成本低廉，阻燃性能十分優(yōu)良；有機含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺，兩者含氮量都非常高，阻燃性能十分優(yōu)良，成本在可控范圍內(nèi)，可工業(yè)化程度高；
4.ph調(diào)節(jié)劑將滅火藥劑的ph值調(diào)節(jié)至中性，對容器的腐蝕性能低，使用安全性能增加；其中三乙醇胺中含有碳?xì)溲醯姆N元素，磷酸含有氫氧磷三種元素，在阻燃過程中產(chǎn)生的有害氣體較少，兩者未給滅火藥劑引入新元素，且對阻燃功能物質(zhì)無不利影響；
5.在滅火藥劑中加入消泡劑制備得到的是液態(tài)粘稠的滅火藥劑，加入消泡劑可以避免在運輸過程中振蕩產(chǎn)生的泡沫，從而避免泡沫過多產(chǎn)生的溢流或容器破損的情況，增強運輸過程的安全性能；在滅火藥劑中加入硅粉制備得到固態(tài)滅火藥劑，粉末狀的滅火藥劑具有優(yōu)良的滅火性能，且硅粉燃點高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不屬于助燃劑，對滅火藥劑的有效成分無影響。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
實施例1
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑23%；
含氮阻燃劑20%；
凝膠劑4%；
表面活性劑5%；
水玻璃8%；
ph調(diào)節(jié)劑2%；
其余量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三磷酸鈉和硫代磷酸三異氰酸酯。
具體地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨和氰尿酸三聚氰胺。
具體地，所述凝膠劑為聚甘油。
具體地，所述表面活性劑為十六烷基三甲基銨。
具體地，所述ph調(diào)節(jié)劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的制備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然后加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.0h，攪拌速度為130r/min；
s2酸堿度調(diào)節(jié)：將s1步驟混合物采用磷酸調(diào)節(jié)ph至6.5，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置6h；
s4成品制作。
具體地，所述s4步驟中成品制作為將熟化之后的混合液加入0.2%消泡劑，靜置20min，輸送至儲罐。
實施例2
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑24%；
含氮阻燃劑22%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調(diào)節(jié)劑4%；
其余量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三磷酸鈉和磷酸二氫銨。
具體地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨和3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑。
具體地，所述凝膠劑為聚甘油。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調(diào)節(jié)劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的制備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然后加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.7h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為120r/min；
s2酸堿度調(diào)節(jié)：將s1步驟混合物采用磷酸調(diào)節(jié)ph至7.0，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h；
s4成品制作。
具體地，所述s4步驟中成品制作為將熟化之后的混合液加入0.3%消泡劑，靜置23min，輸送至儲罐。
實施例3
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑25%；
含氮阻燃劑24%；
凝膠劑6%；
表面活性劑8%；
水玻璃12%；
ph調(diào)節(jié)劑5%；
其余量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為磷酸二氫銨和三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具體地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨。
具體地，所述凝膠劑為聚甘油。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調(diào)節(jié)劑為三乙醇胺。
一種中性水系滅火藥劑的制備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然后加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌11.8h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.2h，攪拌速度為110r/min；
s2酸堿度調(diào)節(jié)：將s1步驟混合物采用三乙醇胺調(diào)節(jié)ph至7.5，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置8h；
s4成品制作。
具體地，所述s4步驟中成品制作為將熟化之后的混合液加入0.3%消泡劑，靜置25min，輸送至儲罐。
實施例4
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑24%；
含氮阻燃劑22%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調(diào)節(jié)劑3%；
其余量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具體地，所述含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺。
具體地，所述凝膠劑為羧甲基纖維素鈉。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調(diào)節(jié)劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的制備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然后加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為100r/min；
s2酸堿度調(diào)節(jié)：將s1步驟混合物采用磷酸調(diào)節(jié)ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h；
s4成品制作。
具體地，所述s4步驟中成品制作為熟化之后加入硅粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
實施例5
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑46%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調(diào)節(jié)劑3%；
其余量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具體地，所述凝膠劑為羧甲基纖維素鈉。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調(diào)節(jié)劑為三乙醇胺。
一種中性水系滅火藥劑的制備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然后加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為100r/min；
s2酸堿度調(diào)節(jié)：將s1步驟混合物采用三乙醇胺調(diào)節(jié)ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h。
s4成品制作。
具體地，所述s4步驟中成品制作為熟化之后加入硅粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
實施例6
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含氮阻燃劑46%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調(diào)節(jié)劑3%；
其余量為蒸餾水。
具體地，所述含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺。
具體地，所述凝膠劑為羧甲基纖維素鈉。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調(diào)節(jié)劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的制備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然后加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為100r/min；
s2酸堿度調(diào)節(jié)：將s1步驟混合物使用磷酸調(diào)節(jié)ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h；
s4成品制作。
具體地，所述s4步驟中成品制作為熟化之后加入硅粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
其中實施例1-實施例4為本發(fā)明技術(shù)方案中制備得到的滅火藥劑，實施例5-實施例6為對比實驗，其中實施例5為僅僅含有含磷阻燃劑的滅火藥劑，實施例6為僅僅含有含氮阻燃劑的滅火藥劑；將實施例1-實施例6的滅火溫度以及實用火災(zāi)類型實驗結(jié)果如表1所示：
從表1的實驗數(shù)據(jù)中可以看出實施例1-實施例4的使用溫度范圍明顯大于對比實驗組，適用溫度范圍更廣泛，使用火災(zāi)季節(jié)更多；實施例4-實施例6為粉狀滅火劑，適用火災(zāi)類型更多。
將實施例1-實施例6制備得到的滅火制劑進(jìn)行滅火性能實驗，選取1m×1m×1cm的板材進(jìn)行滅火實驗，將板材表面鋪放約1cm厚的稻草作為引燃物，點燃30s之后進(jìn)行滅火，其中控制時間為燃燒時間，滅火時間為每種滅火制劑所需要的時間，實驗數(shù)據(jù)如表2所示：
從表2的數(shù)據(jù)中可以得出實施例1-實施例4的滅火時間明顯短于實施例5-實施例6，說明實施例1-實施例1制備得到的滅火制劑的阻燃性能優(yōu)良于實施例5-實施例6；實施例1-實施例3為液態(tài)滅火制劑，實施例4-6為固態(tài)粉體滅火制劑，鑒于形態(tài)的不同，最終同種板材上液態(tài)滅火制劑的粘附水量明顯高于固態(tài)粉體滅火制劑。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。