適用于艦船和航母的三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑的制作方法
【專利說(shuō)明】適用于艦船和航母的三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑
[0001] 一種化學(xué)成分為三嗪含氮雜環(huán)聚合物的粉末滅火劑適于作戰(zhàn)條件下，當(dāng)艦船中彈 起火時(shí)瞬時(shí)撲滅大火，減少人員傷亡，避免艦載彈藥、燃油被燃爆，避免撲而不滅的燃燒持 續(xù)蔓延。本案提出的三嗪含氮雜環(huán)聚合物在用于滅火時(shí)產(chǎn)生大量活性氮原子〔N〕，能迅速中 止燃燒，高效快捷。毒性小，安全。
[0002] 試設(shè)想，" 911"事件發(fā)生在航母上，數(shù)十噸燃油在甲板上熊熊燃燒，一片火海。若滅 火劑是海水，靠冷卻降低燃燒區(qū)溫度，必然撲而不滅，燃油漂浮流竄，燃燒難于中止。若施用 干粉或泡沫滅火劑，靠二氧化碳、氮?dú)庠谌紵齾^(qū)的稀釋作用或者泡沫的覆蓋隔離作用滅火， 在空曠的海面上靠"稀釋"與"覆蓋"會(huì)皆難奏效，或撲救時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或大火不能撲滅。若采 用含鹵滅火劑，定會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體，對(duì)人員的傷害大。若穿戴全套防火、防毒服裝和 面具，必然會(huì)增加體力消耗，平添諸多不便，影響戰(zhàn)斗力的充分發(fā)揮。
[0003]艦船和航母滅火，要求快捷、安全，不減戰(zhàn)斗力。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案的滅火劑是一組三嗪含氮雜環(huán)聚合物的混合物，其化學(xué)組分分別 是蜜白胺C6H9Nn、蜜勒胺C6H6N 1(I、蜜龍胺C9H9N15、蜜弄（C6H 3N9)n等。在常溫常壓條件下，上述 物質(zhì)為白色團(tuán)塊或粉末，化學(xué)性能非常穩(wěn)定，不溶于水，不含有毒或危險(xiǎn)成分。同傳統(tǒng)滅火 劑相比，本發(fā)明提出的滅火劑具有如下特點(diǎn)：
[0005] 1.含氮量商。含氮成分按重量百分比商達(dá)60%以上。
[0006] 2.在燃燒區(qū)三嗪含氮雜環(huán)聚合物能迅速升華、裂解，產(chǎn)生大量活性氮原子〔N〕，中 止燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)滅火。
[0007] 3.成分為三嗪含氮雜環(huán)聚合物的粉末顆粒，當(dāng)受熱升華裂解瞬間，體積迅速擴(kuò)大 千倍，形成"微型爆炸"，沖擊散布，能更充分發(fā)揮活性氮原子〔N〕的滅火作用。
[0008] 4.在常溫、常壓條件下，三嗪含氮雜環(huán)聚合物粉末滅火劑的物理、化學(xué)性能非常穩(wěn) 定，特別是不溶于水，不易吸潮結(jié)塊，便于長(zhǎng)期儲(chǔ)存。
[0009] 5..三嗪含氮雜環(huán)聚合物粉末滅火劑的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原料充足，成本低廉。并易 于通過(guò)改造、提升尿素或三聚氰胺的生產(chǎn)設(shè)備或工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，綠色環(huán)保。
[0010] 三嗪含氮雜環(huán)聚合物作為鋼鐵材料表面液體碳氮共滲熱處理的再生劑（參見(jiàn)中 國(guó)專利ZL88103739,7)和快速滲氮的熏滲劑（參見(jiàn)中國(guó)專利ZL01111528. 5)已有發(fā)明專 利。本發(fā)明的意圖在于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)三嗪含氮雜環(huán)聚合物的滅火性能。利用該物質(zhì)的兩個(gè)突 出特點(diǎn)：在常溫常壓下是一個(gè)物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定的含氮量高的聚合物；在高溫條件 下又能夠迅速釋放大量初生態(tài)的活性氮原子〔N〕，利用原子氮〔N〕的高度活性迅速中止鏈 式燃燒。預(yù)期將三嗪含氮雜環(huán)聚合物用作滅火劑，應(yīng)具有應(yīng)對(duì)特大火災(zāi)的超凡能力。諸如能 有效撲滅油田、油庫(kù)大火；911大火；化工易燃、易爆品倉(cāng)庫(kù)大火；飛機(jī)、船舶、機(jī)場(chǎng)大火等。 目前有關(guān)特重大火災(zāi)的滅火問(wèn)題仍是世界難題之一。許多特重大火災(zāi)，雖盡傾國(guó)傾城之力， 集中一切可調(diào)動(dòng)的滅火資源，千方百計(jì)撲救，但大火持續(xù)多日，直到燃燒物質(zhì)燒盡為止的事 件仍時(shí)有發(fā)生。
[0011] 本發(fā)明滅火劑的目的在于撲救特重大火災(zāi)，迅速中止燃燒。本發(fā)明滅火劑的局限 性是不能撲滅無(wú)焰之火，對(duì)熄火后的余燼無(wú)降溫能力。
[0012] 三聚含氮雜環(huán)聚合物滅火劑的制備方法是，以尿素為原料，三氧化二鋁為催化劑， 尿素加熱融化后在高于354°c溫度條件下，先縮合成固態(tài)白色三聚氰胺，隨后三聚氰胺再進(jìn) 一步脫氨縮聚成三嗪含氮雜環(huán)聚合物。這兩階段的化學(xué)反應(yīng)如下：
[0013] 6C0 (NH2) 2 - (C3N3) (NH2) 3+6NH3 t +3C02 個(gè)
[0014] 3C0 (NH2) 2 - (C3N3) (NH2) 3+3H20 個(gè)
[0016] 按上述制備工藝，尿素經(jīng)加熱后融化成液態(tài)，在350~370°C溫度下沸騰反應(yīng)，先 分解生成氰酸，并進(jìn)一步縮合成白色固態(tài)三聚氰胺。三聚氰胺在高于354°C溫度條件下進(jìn)行 脫氨聚合反應(yīng)，順序生成蜜白胺、蜜勒胺、蜜龍胺和蜜弄。該工藝制備的三嗪含氮雜環(huán)聚合 物產(chǎn)品是上述成分的混合物，隨著時(shí)間延續(xù)和脫氨的不斷進(jìn)行，產(chǎn)物的聚合度不斷增加，產(chǎn) 品中所含蜜弄的比例也會(huì)逐漸增加。一般來(lái)說(shuō)待三聚氰胺全部完成脫氨轉(zhuǎn)變之時(shí)，即可結(jié) 束制備工藝。因三聚氰胺微溶于水且滅火時(shí)產(chǎn)生的氨氣較多，滅火劑產(chǎn)品中最好不含三聚 氰胺成分。
[0017] 作為滅火劑，三聚含氮雜環(huán)聚合物在滅火過(guò)程中，當(dāng)環(huán)境溫度升高后會(huì)升華氣化， 溫度越高，升華越快。經(jīng)實(shí)測(cè)，溫度在400°C時(shí)升華數(shù)量約占投送滅火劑重量的70%，在 500°C時(shí)約有92. 3%升華，600°C時(shí)為95. 3%，700°C時(shí)為99. 9%。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，投送到高 溫燃燒區(qū)的三嗪含氮雜環(huán)聚合物粉末滅火劑會(huì)百分之百升華，迅速升華為單分子的"氣相 滅火劑"。
[0018] 升華后的三嗪含氮雜環(huán)聚合物分子在高溫條件下，會(huì)迅速裂解產(chǎn)生大量的活性氮 原子〔N〕。以蜜弄為例，在高溫有氧條件下的化學(xué)反應(yīng)如下：
[0019] 4(C6H3N9) n+27n 02 - 36n[N]個(gè) +24n C02 個(gè) +6n H20 個(gè)
[0020] 上述反應(yīng)所產(chǎn)生的大量活性氮原子〔N〕，會(huì)立即阻斷燃燒鏈，中止燃燒。
[0021] 三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑在實(shí)施滅火過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生大量有毒、有害氣體，對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)人員比較安全。所噴灑的滅火劑粉末也不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、物資造成損毀和污染。
[0022] 為了解三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑在滅火時(shí)的熱分解產(chǎn)物，借用冶金儀器和設(shè)備 模擬火災(zāi)高溫環(huán)境并實(shí)測(cè)有關(guān)氣體成分。實(shí)驗(yàn)方案是：開(kāi)啟WZK-1型高溫爐（爐膛尺寸 210 X 130 X 320mm)并升溫至某一預(yù)設(shè)溫度并保持恒溫，由瓷舟承載適量三嗪含氮雜環(huán)聚合 物滅火劑放入爐中，在關(guān)閉爐門(mén)后，隨即定時(shí)用942-XP型燃燒效率儀測(cè)試爐中因滅火劑熱 分解而形成的氣氛。實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)列于表1、2、3。
[0023] 表1三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑在700°C恒溫條件下的爐中氣相成分
[0025] 表2三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑在850°C恒溫條件下的爐中氣相成分
[0027] 表3三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑在950°C恒溫條件下的爐中氣相成分
[0029] 由測(cè)試數(shù)據(jù)可知，在高溫有氧條件下，使用三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑時(shí)，封閉試 驗(yàn)空間的氣氛主要是氧和氮以及少量的二氧化碳、碳?xì)浠衔锖臀⒘恳谎趸肌？傊?，三?含氮雜環(huán)聚合物作為滅火劑是較理想的安全滅火劑。
[0030] 為檢驗(yàn)本發(fā)明技術(shù)方案所提出的三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑的滅火能力，在實(shí)驗(yàn) 室進(jìn)行了簡(jiǎn)單的模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)如下：
[0031] 實(shí)驗(yàn)例1
[0032] 用不銹鋼洗像盤(pán)（盤(pán)底尺寸150X200mm)盛放汽油，點(diǎn)燃，用紙托少許三嗪含氮雜 環(huán)滅火劑粉末，用嘴將粉末吹向火焰，隨即熄滅。
[0033] 實(shí)驗(yàn)例2
[0034] 在RG-45-9型傾斜旋轉(zhuǎn)的滾筒式金屬熱處理電阻爐（爐膛尺寸：0 310X 720mm) 中進(jìn)行，爐溫升溫至950°C，將80公斤浸過(guò)機(jī)油的10號(hào)鋼小圓片（〇25X8mm)傾入爐膛， 火焰立即從爐門(mén)縫隙和窺視孔中噴出，用紙包好500克三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑投入爐 中，可立即觀察到，原窺視孔處長(zhǎng)達(dá)60厘米火焰在投放滅火劑后迅速縮回爐膛，取而代之 的是急速噴射出來(lái)的由滅火劑材料所升華的白色霧狀氣體，這種白色煙氣的噴射時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 45秒，然后又持續(xù)15分鐘未見(jiàn)在窺視孔處有火苗冒出。原爐中小鋼片經(jīng)過(guò)3小時(shí)950°C處 理后，表面會(huì)產(chǎn)生2~3毫米的氧化皮，但加入滅火劑后鋼件表面已無(wú)氧化皮。這一現(xiàn)象說(shuō) 明，該滅火劑不但可以撲滅爐膛中的燃燒火焰，還可控制爐膛氣氛，使?fàn)t中氧氣喪失氧化能 力。
[0035]這原本是一次探討金屬熱處理超高溫滲氮實(shí)驗(yàn)的嘗試，在投放三嗪含氮雜環(huán)聚合 物后，立即觀看到了高溫爐膛中熾烈燃燒被瞬間中止的現(xiàn)象。由此判斷三嗪含氮雜環(huán)聚合 物有極強(qiáng)的滅火能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種白色粉末滅火劑，其化學(xué)組分是四種三嗪含氮雜環(huán)聚合物的混合物，其中各物 質(zhì)的化學(xué)成分分別是蜜弄（C 6H3N9)n、蜜勒胺C6H 6Nltl、蜜龍胺C9H9N15、蜜白胺C 6H9N11152. 根據(jù)權(quán)利1的要求，在混合物的上述化學(xué)組分之外還可能含有三聚氰胺C3H6N6。
【專利摘要】適用于艦船和航母的三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑，能在作戰(zhàn)條件下，當(dāng)艦船中彈起火時(shí)瞬時(shí)撲滅大火。本發(fā)明三嗪含氮雜環(huán)聚合物滅火劑是一種白色粉末狀混合物，其化學(xué)組分分別是蜜弄(C6H3N9)n、蜜龍胺C9H9N15、蜜勒胺C6H6N10、蜜白胺C6H9N11。該物質(zhì)富含元素N，在常溫常壓條件下物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫燃燒區(qū)能迅速升華裂解產(chǎn)生大量活性氮原子〔N〕?？炕钚缘印睳〕中止鏈?zhǔn)饺紵芨咝Э旖輷錅绱蠡?，?duì)環(huán)境無(wú)污染。
【IPC分類(lèi)】A62D1/06
【公開(kāi)號(hào)】CN104941105
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410133152
【發(fā)明人】文聯(lián)煜
【申請(qǐng)人】文聯(lián)煜
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2014年3月31日