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      煙火形成氣溶膠的滅火組合物及其制備方法

      文檔序號:2409715閱讀:498來源:國知局
      專利名稱:煙火形成氣溶膠的滅火組合物及其制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及滅火設(shè)備的領(lǐng)域,具體而言,涉及由燃燒煙火混合物產(chǎn)品形成的滅火氣溶膠供滅火之用。
      由形成氣溶膠的化合物制成的產(chǎn)品可用于主要在密閉空間中滅火用的設(shè)備,這些空間例如倉庫、車庫和商店房屋汽車車廂。
      背景技術(shù)
      形成氣溶膠的滅火混合物和由這類混合物構(gòu)成的產(chǎn)品的有效性,可由其能否滿足所有下列要求來評價-以低的滅火濃度達(dá)到高的滅火效率;-由于產(chǎn)品含有極少量的氧化不足組分(NO,CO)和爆炸危險組分(H2),燃燒產(chǎn)品時的低毒性和低爆炸危險性;-低燃燒溫度;-高抗變形強度,能避免在運輸和儲存時各種因素(振動、沖擊、溫度波動)的有害影響,制造和使用具有極小燃燒弧厚度的產(chǎn)品;-在大氣壓力下化合物燃燒速率可在寬范圍變化,較好可不使用特定目的的燃燒促進(jìn)劑,并不需要對原料有高的粒度分布要求;-低的壓制成形壓力,因此能夠采用安全低能耗和高效的生產(chǎn)方法來制造產(chǎn)品。
      現(xiàn)有的消防滅火用滅火劑主要由下列組分組成-氧化劑(一般是堿金屬的硝酸鹽或高氯酸鹽以及它們的混合物);-燃燒粘合劑,選自環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂、合成或天然橡膠、熱塑性橡膠或它們的混合物;
      -壓制助劑和功能添加劑。
      已知的一種滅火混合物(RU專利2095104,A...,10.11.97)含有下列組分(質(zhì)量%)1.5-1.8%的燃燒粘合劑;5.0-20.0質(zhì)量%的冷卻劑以及余量的氧化劑??墒褂孟铝形镔|(zhì)作為燃燒粘合劑4-羥基苯甲酸或者4-羥基苯甲酸和酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂的混合物或者4-羥基苯甲酸和環(huán)氧樹脂的混合物或者苯酚-甲醛與環(huán)氧樹脂的混合物??梢允褂孟跛徕洝⑾跛徕c、高氯酸鉀、高氯酸鈉或它們的混合物作為氧化劑。使用雙氰胺、密白胺(melem)蜜勒胺、脲、六亞甲基四胺、偶氮二甲酰胺或它們的混合物作為冷卻劑。滅火混合物還可包含0.1-5.0質(zhì)量%的壓制助劑和促燃劑。
      混合物制備方法包括在一混合器中投入氧化劑、燃燒粘合劑、壓制助劑和促燃劑,混合這些組分1小時。按照實施例3,該混合物包含60質(zhì)量%的硝酸鉀、8質(zhì)量%的硝酸鈉、9質(zhì)量%的4-羥基苯甲酸、8質(zhì)量%的酚-醛樹脂、12質(zhì)量%的雙氰胺、2質(zhì)量%的CuO和1質(zhì)量%的聚四氟乙烯,該混合物在一混合器中在1500kg/cm2(150MPa)壓力下混合1小時。之后,使用盲模(blind die)壓制方法將該混合物成形為要求形狀和尺寸的制品。
      這類混合物及其制備方法存在嚴(yán)重的缺陷,就是為確?;旌衔锏膶嶋H使用,需要將其在高壓力1000-1500kg/cm2(100-150MPa)下壓制。一方面,這個要求會增加在壓制該混合物時的危險性,而另一方面,混合物壓制時用的高壓力則能夠使用螺桿壓機(jī)連續(xù)壓制來應(yīng)用高效安全和低能耗的制品制備方法。
      通過盲模壓制所制成的制品的特點,是提高了即使室溫下的脆性。在破裂時的相對變形值甚至不超過2%。
      最接近的一個類似情況是RU專利2005517,A....,15.01.94所要求保護(hù)的混合物及其制備方法。根據(jù)其實施例1,該混合物包含39.5質(zhì)量%的KClO4、38.5質(zhì)量%的KNO3、8.8質(zhì)量%的PVA(聚乙酸乙烯酯)、3.5質(zhì)量%的鄰苯二甲酸二丁酯、5.0質(zhì)量%的艾杜糖醇、1.0質(zhì)量%液體礦脂、1.0質(zhì)量%的KCl、0.2質(zhì)量%的碳、1.5質(zhì)量%的聚四氟乙烯和1.0質(zhì)量%的硬脂酸鹽。
      混合物的制備方法包括混合純PVA(僅在此之后,在混合器中加入最多10%的水)或分兩步或三步加入含30-35%的KClO4、KNO3和KCl的水分散液。該混合物攪拌20-30分鐘,然后加入所有其他添加劑。再在負(fù)壓下攪拌1小時,然后從混合器放出混合好的半成品,在70-90℃進(jìn)行軋壓12-20次,制成平板形產(chǎn)品。該產(chǎn)品經(jīng)折疊,然后在水壓機(jī)上于60-90℃和不小于1000kg/cm2壓力下,進(jìn)行壓制成形,獲得直徑達(dá)70mm的圓坯,上面有或沒有槽子。
      這類混合物及其制備方法存在下列明顯的缺陷-混合物的滅火濃度較高,27g/m3;-由該混合物形成制品所需要的壓力較高至少1000kg/cm2(100MPa);-混合物燃燒不穩(wěn)定(在2-20大氣壓下必須加入專用的燃燒改進(jìn)劑如碳);-由于形成氣溶膠的主要組分(KClO4、KNO3)有殘余水含量,其起燃不穩(wěn)定。KClO4、KNO3的顆粒含水,就削弱了它們與聚合物粘合劑表面的粘合強度,結(jié)果導(dǎo)致最終產(chǎn)品的強度明顯下降。
      所述缺陷與使用組分的化學(xué)性能以及它們的質(zhì)量比例有關(guān)。燃燒過程中,該種混合物中可燃物的含量既高而又不均衡,導(dǎo)致由于氧化劑氧量不充分會使燃燒粘合劑的主要組分(PVA)和附加組分(艾杜糖醇)的分解產(chǎn)物氧化不足。因此,在燃燒產(chǎn)物中有高含量的有毒的氧化不足和爆炸危險的氣體,著火和燃燒都不穩(wěn)定。由于技術(shù)上的問題,選擇燃燒粘合劑對即其主要組分(PVA)和附加組分(艾杜糖醇)就需要使用PVA的水分散液。這就造成KClO4和KNO3的受潮,結(jié)果組合物的著火和燃燒不穩(wěn)定,組合物不能達(dá)到高的抗變形強度,所以必須使用高的壓制成形壓力。
      發(fā)明概述本發(fā)明則完成了下列技術(shù)任務(wù)-確保燃燒穩(wěn)定并提高燃燒速率,因而能提高氣體和氣溶膠的形成速率;-提高抗變形強度性能;-降低滅火濃度;-由于降低不完全氧化和有爆炸危險氣體組分的含量,從而降低燃燒產(chǎn)品的毒性和爆炸危險性;-降低制品壓制成形時的壓力,因此,降低壓制時的危險性,且能夠采用高效低能耗的連續(xù)壓制生產(chǎn)方法。
      采用本發(fā)明的新型組合物以及其制備方法可完成上述技術(shù)任務(wù)。
      三維結(jié)構(gòu)的所述煙火形成氣溶膠的滅火組合物包含氧化劑、壓制助劑和燃燒粘合劑,該粘合劑由熱塑性的甲醛和苯酚縮聚物形成,由二羧酸酯所增塑,并用聚四氟乙烯所增強。
      在本發(fā)明的煙火形成氣溶膠的滅火組合物中,其結(jié)構(gòu)是三維的,即有氧化劑(KNO3,KClO4)硬顆粒形成的空間和在硬顆粒之間的燃燒粘合劑層,燃燒粘合劑由熱塑性的甲醛和苯酚縮聚物形成,并由二羧酸酯和聚四氟乙烯所增塑。聚四氟乙烯顆粒在熱塑性甲醛-苯酚縮聚物中形成一種有序的結(jié)構(gòu)。該有序結(jié)構(gòu)起到增強作用,并有由二羧酸酯的增塑橫截面為0.1-2.0μm的聚四氟乙烯顆粒延伸鏈。
      這類混合物中,甲醛-苯酚縮聚物(酚醛樹脂)(艾杜糖醇)用作燃燒粘合劑;鄰苯二甲酸二丁酯或癸二酸二丁酯或它們的混合物用作二羧酸酯;硬脂酸鹽選自硬脂酸鉀、硬脂酸鈉、硬脂酸鈣或它們的混合物,用作壓制助劑;堿金屬的硝酸鹽、高氯酸鹽或它們的混合物用作氧化劑。
      組合物包含下列百分?jǐn)?shù)的組分1-5質(zhì)量%的聚四氟乙烯、8-11質(zhì)量%的熱塑性甲醛-苯酚縮聚物、2-6質(zhì)量%的二羧酸酯、0.2-0.5質(zhì)量%的壓制助劑和余量的氧化劑。
      要制備本發(fā)明的組合物,必須先制備甲醛-苯酚縮聚物在有機(jī)液體中的懸浮液,為此目的,必須用10-15%的二氯甲烷或四氯化碳或它們的混合物,以確保安全混合并避免粉末組分的粉塵化。邊攪拌,邊將聚四氟乙烯在二羧酸酯中的懸浮液加入制得的上述懸浮液中,然后,混入氧化劑,同時加入需要量的壓制助劑。壓制助劑選自具有表面活性的硬脂酸金屬鹽。混合過程中,氧化劑的極性表面由于吸附了硬脂酸的雙線分子而改性,這樣就能降低壓制成形階段(在70-90℃)中組合物的外部摩擦。濃度小于0.2%的壓制助劑已能略為減少外部摩擦,而壓制助劑濃度若超過0.5%雖能大大減少外部摩擦,但也會降低氧化劑與粘合劑的粘著強度,導(dǎo)致組合物強度性能明顯降低。
      在組合物中,對氧化劑的粒度分布沒有嚴(yán)格的要求。只是必須使用比表面積為1000-1500cm2/g和水含量不大于0.5%的硝酸鉀和/或高氯酸鉀。
      制成的混合物在70-90℃的軋輥中進(jìn)行熱機(jī)械處理。在此操作期間,發(fā)生下列過程-氧化劑粒度減小并均勻分散在燃燒粘合劑中;-二羧酸酯使甲醛-苯酚縮聚物增塑,保證燃燒粘合劑和整個組合物具有最佳的粘性流動特性;-增塑的甲醛-苯酚縮聚物和聚四氟乙烯同時流動。由于聚四氟乙烯基與甲醛-苯酚縮聚物在通常條件下是熱力學(xué)不相容的,聚四氟乙烯不能均勻分散在甲醛-苯酚縮聚物中。但在固化溫度、一定剪切形變強度和時間的熱塑性變形過程中,聚四氟乙烯顆粒和甲醛-苯酚縮聚物能同時流動,結(jié)果,發(fā)生了聚四氟乙烯顆粒在增塑的甲醛-苯酚縮聚物層之間的遷移。
      要設(shè)定在軋壓過程中熱機(jī)械作用的強度和持續(xù)時間,以保證滿足下列條件1000<js<3000,其中,js是一個無量綱參數(shù),它決定著總形變。軋壓過程中,在固化溫度70-90℃的js為js=j(luò)·t[s-1·s] (1)在此情況下,剪切速率如下j=V&delta;/2[S-1&CenterDot;S]---(2)]]>其中δ是輥與輥之間的間隙V是組合物運動的線速度。
      而 V=π·D·n, (3)其中,n是輥的旋轉(zhuǎn)速度,D是輥的直徑,知道了長度L,可得到tt=L/V (4)在一道軋壓過程中,一層長度等于輥子周長的組合物通過輥與輥的間隙L=π·D (5)在m道過程中,L=m·π·D (6)則有效時間為t=L/V=m·π·D/π·D·n=m/n [s] (7)在等式1中代入等式2和7,js=j&CenterDot;t=&pi;&CenterDot;D&CenterDot;n&CenterDot;m&delta;&CenterDot;n2=&pi;&CenterDot;D&CenterDot;m&delta;2---(8)]]>考慮到有一部分組合物在輥間隙上方會循環(huán)而混合,要引入一個實驗確定的系數(shù)K,依據(jù)組合物的組成和輥的尺寸,K值在0.133-0.222范圍。
      因此,最后的等式為js=&pi;&CenterDot;D&CenterDot;m&CenterDot;K&delta;2---(9)]]>本發(fā)明的組合物和其制備方法的較好實施方式實施例1制備1千克的煙火形成氣溶膠的滅火組合物,在槳葉式混合器中加入下列組分111克比表面積為1500cm2/g的甲醛-苯酚縮聚物和19.59克的二氯甲烷,獲得85%懸浮液。在有20-25℃水夾套的反應(yīng)器中制備該懸浮液,混合器中漿葉的旋轉(zhuǎn)速度為85rpm?;旌蠒r間15分鐘。
      在該懸浮液中,加入45克聚四氟乙烯顆粒在鄰苯二甲酸丁酯中的分散液,聚四氟乙烯與鄰苯二甲酸丁酯的比例為20∶25。在有20-25℃水夾套的反應(yīng)器中制備此分散液,混合器中漿葉的旋轉(zhuǎn)速度為85rpm?;旌蠒r間10分鐘。
      在制得的含二氯甲烷中甲醛-苯酚縮聚物懸浮液和在鄰苯二甲酸二丁酯的聚四氟乙烯分散液的懸浮液中,分兩步加入640克比表面積為1500cm2/g的硝酸鉀,然后加入200克比表面積為1500cm2/g的高氯酸鉀。在所得的混合物中,加入4克硬脂酸鈣,然后攪拌10分鐘。將所得混合物轉(zhuǎn)移到軋輥筒之間,輥直徑D=100mm,旋轉(zhuǎn)速度n=10min-1,確保輥與輥的間隙δ=1mm。混合物先在輥子上80℃處理15分鐘。然后,該平板形物料再通過80℃的輥隙20次。經(jīng)過這種情況下的軋壓,總形變js=2094。
      將制得的平板物料置于壓機(jī)中,用連續(xù)壓制法,在80℃和50MPa壓力的條件下,制得要求形狀的制品。
      采用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測試此組合物制品。通過在大氣壓條件下的燃燒,在80dm3箱子中測出燃燒的線速度(U0.1)和滅火濃度。使用兩個雙面葉片在20℃以0.21mm/s的速度在一個軸方向上拉伸該制品以及在40-80℃以0.21mm/s速度對圓柱形樣品(σ評價)施加剪切作用,測出形變(εp)和強度(σp)這兩個特性。
      表1所示為下列組成的本發(fā)明煙火形成氣溶膠的滅火組合物的使用性能與其制備方法操作條件之間的關(guān)系,滅火組合物的組成如下20%KClO4、64%KNO3、2%聚四氟乙烯、0.4%硬脂酸鈣、11.1%艾杜糖醇和2.5%鄰苯二甲酸二丁酯(樣品1-4和樣品5不含聚四氟乙烯)。
      由表1數(shù)據(jù)可見,通過強度和時間滿足總形變js=2094的軋壓熱機(jī)械處理而制得的樣品4組合物,具有最佳的使用性能。
      未經(jīng)軋壓階段(即來塑性變形)制得的樣品1和2的組合物,其使用性能較差。
      比較樣品3和4,表明總形變大于1000的軋壓(塑性變形)操作能保證最佳使用性能。
      表2列出煙火形成氣溶膠的滅火組合物的使用性能和熱力學(xué)參數(shù)與最初本文配方和軋壓總形變值js之間的關(guān)系。
      表2數(shù)據(jù)表明,組合物符合所述組成的關(guān)系且經(jīng)過總形變值js滿足1000<js<3000的軋制,使用性能最佳,燃燒產(chǎn)物中毒性氣體(CO)和有爆炸危險氣體(H2)的濃度最低。
      按照上述方法制得組合物,用電子掃描顯微鏡攝取的照片示于

      圖1-3。
      圖1所示為包含下列組分的三維結(jié)構(gòu)的組合物的照片20%KClO4、64%KNO3、0.4%硬脂酸鈣、11.1%艾杜糖醇和2.5%鄰苯二甲酸二丁酯,不含增強的聚四氟乙烯。
      圖2所示為具有聚四氟乙烯增強的燃燒粘合劑的三維結(jié)構(gòu)組合物的照片,該組合物包含20%KClO4、64%KNO3、2%聚四氟乙烯、0.4%硬脂酸鈣、11.1%艾杜糖醇和2.5%鄰苯二甲酸二丁酯。
      圖3所示為具有聚四氟乙烯增強的燃燒粘合劑的三維結(jié)構(gòu)組合物的照片,該組合物包含80%KNO3、2%聚四氟乙烯、0.4%硬脂酸鈣、11.1%艾杜糖醇和5.45%癸酸二辛酯。
      比較圖1、2和3中的組合物照片,可見圖2和圖3中有聚四氟乙烯生成的延伸增強鏈。
      以前,人們并不知道用燃燒粘合劑增強的三維結(jié)構(gòu)的煙火形成氣溶膠的滅火混合物,即由熱塑性的甲醛-苯酚縮聚物形成,由二羧酸酯增塑并用聚四氟乙烯增強的混合物。這種技術(shù)成果是未能預(yù)見到的,而采用已知的計算方法也不能事先計算獲得的。本發(fā)明這種組合物由至少5種組分構(gòu)成,具體隨其物理和化學(xué)性能而不同,而在制備此組合物和用于滅火目的的使用期間,這些組分互相之間又起著不同的綜合作用。
      本發(fā)明組合物制造方法的新穎性在于借助于在固化溫度70-90℃且總變形j值滿足1000<js<3000的軋制熱機(jī)械作用和在70-90℃進(jìn)行壓制。
      表1要求的煙火形成氣溶膠的滅火組合物使用性能與其制備方法的操作條件之間的關(guān)系

      表2煙火形成氣溶膠的滅火組合物的使用性能和熱力學(xué)參數(shù)與配方最初組成和總形變值js之間的關(guān)系

      工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明方法制備的煙火形成氣溶膠的滅火組合物能夠在如下結(jié)構(gòu)和設(shè)施中進(jìn)行各種易燃材料有效滅火。
      -倉庫、車庫和商店房屋;-容納動物和鳥類的房舍;-運輸車輛的發(fā)動機(jī)和行李廂;-工廠、賓館等的通風(fēng)系統(tǒng)。
      所述組合物的優(yōu)點是組合物各組分的原料很容易獲得,并且具有很高的綜合使用性能,例如低滅火濃度、高的抗變形強度、使用時的耐久性和可靠性、無需使用專用催化劑來調(diào)節(jié)燃燒速率。這種滅火氣溶膠混合物對人體、生物、自然環(huán)境和高級的設(shè)備和裝置都不產(chǎn)生有害作用。
      這種組合物的制備方法的優(yōu)點,是其實施時可以使用廣泛易得的部件和主鳳施,并且其壓制成形、壓力制造簡便又安全。
      權(quán)利要求
      1.三維結(jié)構(gòu)的煙火形成氣溶膠的滅火組合物,包含氧化劑、壓制助劑和燃燒粘合劑,該燃燒粘合劑由熱塑性甲醛-苯酚縮聚物形成,由二羧酸酯所增塑,并由聚四氟乙烯所增強。
      2.如權(quán)利要求1所述的煙火形成氣溶膠的滅火組合物,其特征在于所述組合物包含下列組分1-5質(zhì)量%的聚四氟乙烯、8-11質(zhì)量%的熱塑性甲醛-苯酚縮聚物、2-6質(zhì)量%的二羧酸酯、0.2-0.5質(zhì)量%的壓制助劑和余量的氧化劑。
      3.如權(quán)利要求1或2所述的煙火形成氣溶膠的滅火組合物,其特征在于所述二羧酸酯選自鄰苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯或它們的混合物。
      4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的煙火形成氣溶膠的滅火組合物,其特征在于所述壓制助劑選自硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鈣或它們的混合物。
      5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的煙火形成氣溶膠的滅火組合物,其特征在于氧化劑選自堿金屬的硝酸鹽、高氯酸鹽、或它們的混合物。
      6.制備如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的煙火形成氣溶膠的滅火組合物的方法,包括將有機(jī)液體中的甲醛-苯酚縮聚物懸浮液和二羧酸酯中的聚四氟乙烯分散液進(jìn)行混合,然后再與氧化劑和壓制助劑混合,隨后在70-90℃進(jìn)行其強度和時間滿足條件1000<js<3000的軋壓進(jìn)行熱機(jī)械處理,再進(jìn)行壓制成形,其中js是總形變。
      7.如權(quán)利要求6所述的制備煙火形成氣溶膠的滅火組合物的方法,其特征在于有機(jī)液體選自二氯甲烷、四氯化碳或它們的混合物。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及滅火設(shè)備領(lǐng)域,具體而言,涉及由燃燒煙火組合物期間形成的滅火氣溶膠供滅火之用及其該組合物的制造方法。本發(fā)明能制備具有良好的抗變形強度特性、低滅火濃度的煙火形成氣溶膠的滅火組合物并能調(diào)節(jié)燃燒速率。煙火形成氣溶膠的滅火組合物包含氧化劑、壓制助劑、和燃燒粘合劑,該燃燒粘合劑由熱塑性甲醛-苯酚縮聚物形成,由二羧酸酯所增塑,并由聚四氟乙烯所增強。制備這種組合物的方法包括將懸浮于有機(jī)溶劑中的甲醛-苯酚縮聚物和分散于二羧酸酯中的聚四氟乙烯進(jìn)行混合,然后,將該混合物與氧化劑和壓制助劑混合,隨后進(jìn)行熱機(jī)械處理。本發(fā)明可用于不同結(jié)構(gòu)和設(shè)備的滅火,對人體和動物以及自然環(huán)境不產(chǎn)生有害作用。
      文檔編號A62D1/00GK1481266SQ01820626
      公開日2004年3月10日 申請日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月15日
      發(fā)明者D·L·魯辛, A·P·丹尼斯尤克, D·B·米哈萊夫, Y·G·謝佩萊夫, D L 魯辛, 丹尼斯尤克, 米哈萊夫, 謝佩萊夫 申請人:技術(shù)-Tm有限公司
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