专利名称：用来同时对气溶胶灭火混合物进行冷却和过滤的组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及灭火设备的领域，具体而言，涉及对发生器中的烟火物料在燃烧过程中生成的气溶胶灭火混合物(GAFEM)进行冷却和过滤的方法。
冷却和过滤是形成GAFEM过程中的步骤，其目的是通过降温和降低毒性提高GAFEM的功效。结果气溶胶发生器的应用领域得到相当大的扩展，具体来说是扩展到用于不同的建筑物和场所，同时不会对人体造成不良影响。
背景技术：
在形成GAFEM中，同时对GAFEM进行冷却和过滤是一个有发展前途的方向。根据1999年12月10日的RU 2142306，通过使GAFEM与选自硅铝酸盐(例如沸石)、硅胶或其混合物之类具有高吸热能力的化合物进行相互作用而进行这些过程。
在1999年12月20日的RU 2142835中，使GAFEM通过一金属热交换器对其进行冷却；然后使GAFEM通过选自沸石、硅胶、活性碳或其混合物的过滤吸附剂，从而同时对其进行过滤和进一步的冷却。在过滤吸附剂的表面上还可包含碳酸盐或碱金属水合物。
上述发明具有一些显著的缺点它们无法用于装有高(高于1000℃)燃烧温度和高(超过3毫米/秒)燃烧速度的烟火物料的气溶胶发生器。这是由于在高于800℃的温度，沸石和硅胶颗粒会经受剧烈的热波动从而最终受到破坏。使得吸附剂的过滤效率降至零。另外，破碎的松散颗粒会从发生器出口飞出，当对发生器进行误操作时，可能会造成再次引燃，甚至会造成火灾。在一些发生器(例如反向排出(reverse discharge)GAFEM的发生器)中，破碎的吸附剂颗粒(特别是在高物料速度7-8毫米/秒下)对GAFEM流具有很大的运动阻力，可能会造成发生器爆炸。这就造成了使用特殊的粘合剂将许多分散的沸石、硅胶颗粒粘合成较大的聚集体(片料)的问题。
应当注意沸石、硅胶固有的吸热能力不大于使用了特殊添加剂压制成片料的第I族和第II族金属的水合物、过氧化物、草酸盐。
一种已知的用来冷却灭火气溶胶的组合物(RD 2086278，10.08.1997)是由以下材料制成的硝化纤维素、增塑剂、稳定剂、催化剂、生产过程添加剂和吸热填料25-45质量％的碱式碳酸镁或草酸铵，或碱式磷酸镁。
该组合物具有一些缺点-在发生器出口处冷却GAFEM的效率系数(Cec)很低(Cec等于烟火物料燃烧温度与包含冷却剂的发生器出口处的GAFEM温度之比)。在此情况下，Cec为1900/380＝5.0。由于组合物中吸热填料的含量不超过45质量％，所以冷却效率较低。由于生产过程中的操作问题，不可能提高填料的含量；-在生产组合物的过程中所形成的片料的强度很低(0.60-0.69兆帕)。这对这些片料和最终发生器的运输条件构成了限制，对它们在运输车辆中振动过载条件下的操作也构成了限制；-当该组合物处于高温下时，会产生大量的有毒气体，例如CO3、NO3、NH3、HCN，这些气体是由于硝化纤维素、增塑剂、稳定剂和其它组分分解时生成的。
已知一种用来冷却灭火气溶胶的组合物(RU 2120318，20.10.1998)包含以下组分作为粘合剂的羧酸基-甲基纤维素和/或聚乙酸乙烯酯、或聚乙烯醇、生产过程添加剂(高岭土、硬脂酸钠或硬脂酸锌、工业油或仪器油)、以及25-45质量％的吸热填料r-碱式碳酸镁或草酸铵、碱式磷酸镁。
然而该组合物具有以下缺点-在生产该组合物过程中形成的片料的强度很低(0.63-0.75兆帕)；-GAFEM的冷却效率系数很低(Cec-1900/325＝5.84)；-当该组合物的组分处于高温下时，会释放出高浓度的CO、NH3之类的气体，产生很高的毒性。
在这些重要特性方面最接近的类似材料是2001年5月20日授权的第RU2166975号所保护的用于气体发生器的冷却组合物。
该冷却组合物包含以下组分20-60质量％的氢氧化镁和/或碱式碳酸镁；10-20质量％的硼酸；余量为第I族或第II族金属的碳酸盐。所用的金属碳酸盐包括碳酸钠、碳酸镁或碳酸钙。该冷却组合物还可包含10-55质量％碳酸氢钠；10-40质量％氧化镁；10-25质量％水合硫酸钙，以及10-30质量％作为催化剂的过渡价金属氧化物(CuO，MnO2)。该冷却组合物还可包含10-45质量％的氧化剂，例如硝酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、碱金属铬酸盐或过碳酸盐、或碱土金属的过氧化物。该冷却组合物包含0.5-3.0质量％的生产过程添加剂，这些添加剂选自碱金属硬脂酸盐或碱土金属硬脂酸盐、或羧基甲基纤维素、或甲基纤维素或明胶。
冷却效率系数的平均值是1350/210＝6.42。发生器出口处二氧化碳的平均浓度为0.7-2.2体积％。该冷却组合物形成的片料的抗压强度为0.4-2.1兆帕。该冷却组合物具有以下缺点在发生器出口处的GAFEM冷却效率系数很低。这是由于该冷却组合物包含用作粘合剂的熔点较低(170.9℃)的硼酸。在发生器的操作过程中，硼酸在高温(1250-1350℃)的作用下在短时间内发生熔化，使片料破碎；冷却剂组分粘在一起，它们的表面被分解和熔化产生的产物堵塞；-由于该发生器会排出高浓度的有毒气体，其GAFEM环境安全性很低；-该组合物形成的片料强度不足，限制了发生器在振动负荷和瞬时温度起伏条件下的使用寿命。这是由于当用作粘合剂的硼酸处于高温时会发生塑性变形的缘故。
所有已知的类似材料，包括最接近的类似材料在内，都无法确保具有以下性能高灭火效率(这需要尺寸为1-2mcm的活性最大的气溶胶灭火颗粒的含量更多)；高GAFEM冷却效率；更好的环境安全性，这一点可通过吸收有毒气体和提高由组合物片料、颗粒所形成制品的强度性质来达到。
发明概述本发明的目的是制备用来同时对气溶胶灭火混合物进行冷却和过滤，从而能够一步完成以下任务的组合物-将组合物中吸热填料的含量增加到90质量％，从而提高发生器出口处的GAFEM冷却效率；-对气溶胶进行过滤，增加气溶胶中最活泼的尺寸为1-2mcm的灭火颗粒所占的比例，从而提高该组合物的灭火效率；-对包括无机粘合剂、吸热填料、氧化剂、吸附剂和生产过程添加剂的组分进行新的组合，使得用该组合物制得的片料、颗粒的强度特性获得提高；-使用能够吸附有毒气体的吸附剂，提高GAFEM环境安全性。
本发明提出的用来同时对气溶胶灭火混合物进行冷却和过滤的组合物包含-25-90质量％用作吸热填料的镁的碱式碳酸盐和/或第I族或第II族金属的碳酸盐；-1-10质量％的氧化剂硝酸盐、高氯酸钾或其混合物；-0.2-1.5质量％生产过程添加剂石墨、硬脂酸钠或硬脂酸钙、或者它们的混合物。
-5-10质量％的无机粘合剂氯化钾、通式为Me2O·mSiO2的碱金属硅酸盐(式中Me是钾或钠，m为硅酸根组分，等于2.1-3.8)、或它们的混合物；-余量的吸附剂。较佳的是吸附剂选自沸石、硅胶或其混合物。
从所要求保护的组分浓度范围，根据技术平衡和功能实用性确定它们的实际比例。
将本发明所要求保护的用来同时对GAFEM进行冷却和过滤的组合物与其最接近的类似材料进行对比分析，结果表明本发明组合物具有以下显著特征a)无机粘合剂氯化钾、通式为Me2O·mSiO2的碱金属硅酸盐(式中Me是钾或钠，m为2.1-3.8的硅酸根组分)、或它们的混合物。
在用来同时对GAFEM进行冷却和过滤的组合物中使用这些无机粘合剂是此前不为人知的。
通过使用所选的无机粘合剂(该粘合剂包括高耐热性的氯化钾(KCl的熔点为771℃)和直至1400℃都不会分解的碱金属硅酸盐)，就能够在获得目标技术性质的同时达到组合物的高程度填充，从而制得高强度制品(片料、颗粒)。
b)优选选自沸石、硅胶或其混合物的吸附剂，当处于高的烟火组合物燃烧温度(高于1500℃)时，会形成具有多孔结构的熔渣。从而该吸附剂能在一步中过滤气溶胶颗粒并吸附有毒气体。
在烟火组合物燃烧过程中，热的GAFEM对片料的表面进行加热，使氧化剂分解释放出氧气，这些氧气对GAFEM中的以及吸热填料分解产生的不充分氧化的气体组分进行氧化。同时硅胶和沸石颗粒互相粘结，并与其它颗粒(KCl、K2CO3、K2、KHCO3)相粘结，形成具有过滤性质的多孔熔渣。
在用于GAFEM冷却和过滤的组合物中，使用能够形成多孔熔渣结构的吸附剂此前并无描述，而且也不是显而易见的。例如，如果将本发明所选的吸附剂加入原型组合物(prototype composition)中，其吸收有毒气体和过滤气溶胶固体颗粒的效率将减小到零，这是由于GAFEM中的硼酸会在高温下熔化并堵塞孔隙。
c)各组分的新组合吸热填料(碱式碳酸镁和/或第I族或第II族金属的碳酸盐)、氧化剂(硝酸盐、高氯酸钾或其混合物)、生产过程添加剂(石墨、硬脂酸钠或硬脂酸钾、或其混合物)、无机粘合剂(氯化钾、通式为Me2O·mSiO2的碱金属硅酸盐(式中Me是钾或钠，m为2.1-3.8的硅酸根组分)、或它们的混合物)；吸附剂(优选选自沸石、硅胶或其混合物)。
使用本发明用来对GAFEM进行冷却和过滤的组合物，可以同时达到以下效果使吸热填料发生吸热分解，使GAFEM冷却；过滤气溶胶颗粒，由于在加热片料时形成了熔渣状多孔结构，发生器出口处1-2mcm的颗粒的含量增大；将有害气体吸附在吸附剂表面上，并在此表面上用氧化剂热分解释放出的氧气将这些有害气体最终氧化；由于各组分的这种新组合，还可提高片料、颗粒的强度。
本发明优选实施方式实施例1为制备1千克所述组合物，需要将以下各组分加入桨式混合器中800克碱式碳酸镁(3MgCO3·Mg(OH)2·3H2O)，50克碳酸钠Na2CO3，50克粒度为15-80mcm的碳酸镁MgCO3，5克硝酸钾；5克粒度为5-10mcm的高氯酸钾KClO4；5克石墨；5克硬脂酸钠；60克无机粘合剂KCI；20克沸石。该混合物搅拌40分钟。
将制得的混合物置于一旋转式压力机中，通过非贯穿冲模压制法在200兆帕的压力下将其制成直径8毫米、高5毫米的片料。测试所制得片料的抗压强度。
将制得的片料装入发生器中，该发生器包括金属外壳、装有烟火材料和引发剂的装置、燃烧室、冷却和过滤装置以及出口。所述烟火组合物由燃烧温度为1500℃的形成烟火气溶胶的灭火组合物组成；原料组分之比如下(单位为质量％)硝酸钾64高氯酸钾20酚醛树脂11.1
邻苯二甲酸二丁酯2.5硬脂酸钙0.4聚四氟乙烯(PTFE)2.0在测试装置中启动发生器。在距离截面20厘米的位置用镍铬-镍铝热电偶和记录仪测量GAFEM的温度。通过在显微镜下取样并称重，测定气溶胶分散相中1-2mcm的颗粒的质量分数。
从位于测试装置中部的气体导管取样，测定GAFEM的有毒物质含量。
为测定氧化碳含量，用液封的量气管取出气体样品，然后用装配了热导检测器的气相色谱进行分析。填充的玻璃色谱柱的参数为长2.4米、内径2.5，载气(氦气)的进入流量为30c，3/分，柱温32℃；样品体积1m3；用TC-1601记录仪记录色谱图。气体浓度测量结果的单位为体积％，并在以下条件下换算为毫克/立方米压力为760m/Hg，温度293K(20℃)(测量的下限为0.001体积，这相当于浓度为11毫克/立方米，压力1帕＝750mm/H)。
为测定氨气、氧化氮和氰化物的含量，使GAFEM气相鼓气通过装有玻璃过滤器的充水阱；以2升/分的流量鼓气10分钟。
通过光比色法，用GAFEM-耐氏试剂的反应产物测定氨气含量(测量下限为2mcg/2毫升样品，这相当于氨气浓度为0.5毫克/立方米)。
通过光比色法，用GAFEM-Griss试剂的反应产物测定氧化氮的含量(测量下限为0.3mcg/2毫升样品，这相当于氧化氮浓度为0.075毫克/立方米)。
通过光比色法，用硫氰酸盐的反应产物测定氰化物的含量(测量下限为2mcg/5毫升样品，这相当于氰化物浓度为0.1毫克/立方米)。
测量结果列于表中。
实施例2为制备1千克所述组合物，需要在搅拌条件下向用于粘性流组合物的混合器中加入以下各组分140克50％的硅酸钠水溶液，硅酸钠分数等于2.5。在转速为100-300rpm的搅拌下，以逐次加入50克的形式向该混合物中加入900克粒度为15-80mcm的碱式碳酸盐；10克粒度为5-10mcm的硝酸钾；2克硬脂酸钙；2克石墨和16克硅胶。在加入了所有组分之后，将该组合物混合150-20分钟，直至形成均匀糊状物质。在室温下，水压机上以50兆帕的压力将所得的物质连续压制成直径8毫米但不具有槽道的条子。然后将该条子置于托盘上干燥，直至其含水量为20-30质量％。然后将该条子切割成长6毫米的圆柱形颗粒。为了从颗粒中更完全地除去水分，将该颗粒保持在90-120℃，直至平衡水分为大约0.5质量％。将制得的颗粒装入发生器，并依照实施例1所述进行测定。测量结果列于表中。
本发明工业应用可使用本发明用来冷却和过滤GAFEM的组合物在建筑物、封闭空间和室内，包括具有人、动物的建筑物、封闭空间和室内有效地进行灭火。
本发明组合物的优点为-高的GAFEM冷却效率；-高的GAFEM灭火效率；-高的片料、颗粒强度特性；-对环境具有高的GAFEM安全性；-该组合物的生产简单而安全。
表本发明用来同时对气溶胶灭火混合物进行冷却和过滤的组合物的对比特性及测试结果。
权利要求
1.一种用来同时对气溶胶灭火混合物进行冷却和过滤的组合物，主要由以下各组分组成吸热填料碱式碳酸镁和/或第I族金属或第II族金属的碳酸盐；氧化剂硝酸盐、高氯酸钾或其混合物；生产过程添加剂石墨、硬脂酸钠或硬脂酸钙、或其混合物；无机粘合剂氯化钾、通式为Me2O·mSiO2的碱金属硅酸盐或它们的混合物，该通式中Me是钾或钠，m是硅酸根可变量，其值为2.1-3.8；以及吸附剂，它们的质量百分数为-吸热填料 25-90质量％-氧化剂1-10质量％-生产过程添加剂0.2-1.5质量％-无机粘合剂5-10质量％-吸附剂余量
2.如权利要求1所述的用来同时对气溶胶灭火混合物进行冷却和过滤的组合物，其特征在于，所述吸附剂选自沸石、硅胶或其混合物。
全文摘要
本发明涉及一种对发生器中的烟火物料在燃烧过程中生成的气溶胶灭火混合物进行冷却和过滤的组合物。在此组合物中，用碱式碳酸镁和/或第I族和第II族金属的碳酸盐作为吸热填料；用硝酸盐、高氯酸钾或其混合物作为氧化剂；用石墨、硬脂酸钠或其混合物作为生产过程添加剂；另外，将氯化钾、通式为Me
文档编号A62D1/00GK1845770SQ200480025363
公开日2006年10月11日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月5日
发明者D·L·鲁辛, A·P·丹尼斯尤克 申请人:R－阿姆特克国际股份有限公司