本发明涉及灭火药剂的制造技术领域，具体涉及一种中性水系灭火药剂及其制备方法。
背景技术：
灭火剂是指能够有效地破坏燃烧条件，终止燃烧的物质。水是无嗅无味的液体，是人类赖以生存的基本物质。水取用方便，分布广泛，同时水在化学上呈中性，无毒，比热容和汽化热都较大，冷却效果好。水可以直接带走火焰高温燃烧产物以及燃料表面的热量；水在汽化阶段可以非常有效的吸收热能；水产生的蒸汽占据燃烧区，能够阻止新鲜空气进入燃烧区，从而降低燃烧区氧气的浓度，导致燃烧强度减弱直至终止。因此，水成为最常使用的灭火剂，其热特性使它可用于大多数类型火灾的灭火过程。
水作为经常使用的灭火剂，其热特性使它可用于大多数类型火灾的灭火过程。水作为不燃液体，是最充足的天然灭火剂，但是水易于流动，实际灭火过程中只有小部分发挥了灭火作用，浪费率较高，抗复燃的效能也差，因此在水中添加某些具有特殊作用的物质，以改善水的性能，同时满足各种功能的需求，即发展成为水系灭火剂。
然而，由于水的流动性很强，在通常情况下，灭火使用的大部分水在与火接触的瞬时，还来不及起作用就流失了，这就导致了水灭火的利用率较低，而且易于造成次生损失。比如，在扑灭森林火灾时，水喷洒到树的枝叶上，停留时间很短，大部分水很快滴到地面，起不到应有的灭火作用。在扑灭建筑物火灾时，流失的水顺着楼梯或缝隙向下层流动，不但失去灭火作用，而且导致对未着火的下层区域造成二次损失。在煤炭防灭火中，难以将常规水基灭火剂较好地覆盖到拟处理区域内所有松散煤体表面，大大降低了防灭火效果。
现有的技术开发完成的森林火灾用灭火药剂主要是用97%的水兑上3%的afff（水成膜泡沫）然后由直升机搭载从高空抛洒，但是药剂可能添加有毒有害的防冻剂，且无法一年四季都使用，尤其是在冬季寒冷的地区使用困难，适用温度范围小。现有技术中水系灭火剂阻燃性不好，灭火所需时间长。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中性水系灭火药剂及其制备方法，解决了灭火温度适应范围低、阻燃性能弱的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种中性水系灭火药剂，由如下组分组成：
含磷阻燃剂23-25%；
含氮阻燃剂20-24%；
凝胶剂4-6%；
表面活性剂5-8%；
水玻璃8-12%；
ph调节剂2-5%；
其余量为蒸馏水。
将含磷阻燃剂和含氮阻燃剂两种阻燃剂结合作为灭火药剂的主要功能成分，阻燃性能优于单独使用相同含量的含磷阻燃剂或含氮阻燃剂，在水系阻燃剂中加入凝胶剂和水玻璃，使得阻燃剂的均匀度和粘稠度增加，其中ph调节剂用于调节灭火药剂为中性，蒸馏水中杂质离子含量少，并不会对灭火药剂的功能成分产生不利影响。
进一步地，所述含磷阻燃剂为三磷酸钠、磷酸二氢铵、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯和硫代磷酸三异氰酸酯中至少一种。
含磷阻燃剂可以选用无机含磷阻燃剂或有机含磷阻燃剂，或者两者混合使用，选用的四种含磷阻燃剂成本较低，可工业化；其中无机含磷阻燃剂在阻燃过程中有害气体产生量少，更环保安全，有机含磷阻燃剂在阻燃过程中阻燃性能明显优于常规阻燃剂。
有机磷系阻燃剂大都具有低烟、无毒、低卤、无卤等优点，符合阻燃剂的发展方向，具有很好的发展前景。有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸酯、有机磷盐，还有磷杂环化合物及聚合物磷（膦）酸酯等，但应用最广的是磷酸酯和膦酸酯。磷添加剂的作用机理，是阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。含磷阻燃剂形成磷酸配作为脱水剂，并促进成炭，炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导；其次，磷酸可吸热，因为它阻止了co氧化为co2，降低了加热过程；最后，对凝聚相形成一层薄薄的玻璃状的或液态的保护层，因此降低了氧气扩散和气相与固相之间的热量和质量传递，抑制了炭氧化过程，降低了含磷阻燃剂受热分解发生如下变化:磷系阻燃剂→磷酸偏→磷酸→聚偏磷酸，聚偏磷酸是不易挥发的稳定化合物，具有强脱水性，在聚合物表合物与空气隔绝;脱出的水气吸收大量的热，使聚合物表面阻燃剂受热分解释放出挥发性磷化物，经质谱分析表明，存氢原子浓度大大降低，表明po·捕获h·，即po·+h·=hpo。
进一步地，所述含氮阻燃剂为磷酸氢二铵、3-吗啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺中至少一种。
含氮阻燃剂中采用有机含氮阻燃剂或无机含氮阻燃剂，或者两者混合使用；含氮阻燃剂与含磷阻燃剂的用量相近，其中使用的部分阻燃剂中既含氮又含磷，具有更加优良的阻燃性能；其中无机含氮阻燃剂为磷酸二氢铵，既含氮又含磷，且成本低廉，阻燃性能十分优良；有机含氮阻燃剂为3-吗啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺，两者含氮量都非常高，阻燃性能十分优良，成本在可控范围内，可工业化程度高。
含氮阻燃剂受热时发生分解反应。含氮阻燃剂主要是三聚氰胺及其衍生物和相关的杂环化合物，主要有、三聚氰胺磷酸盐等，因为它的化学性质与尼龙相似，所以它比含卤阻燃剂和红磷更优越。三聚氰胺本身就能使尼龙的混合物达到v-o级。与各种卤系衍生物、金属氧化物、某些有机磷酸或碱金属、碱土金属盐一起使用，阻燃非常有效。有用于玻璃增强的尼龙66的melapur2o0(三聚氰胺磷酸盐)，加入后，使聚酞胺的热稳定性降低，因此在挤压模型时要注意温度控制。与含卤添加剂和红磷不同，含氮物使得聚酰胺滴落。
进一步地，所述凝胶剂为聚甘油或羧甲基纤维素钠。
凝胶剂选用聚甘油或羧甲基纤维素钠，两者均属于十分常见的凝胶剂，具有十分优良的性能。
进一步地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基铵或十二烷基苯磺酸钠。
表面活性剂是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂通过分子中不同部分分别对于两相的亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间，使两相的表面相当于转入分子内部。从而降低表面张力。由于两相都将其看作本相的一个组分，就相当于两个相与表面活性剂分子都没有形成界面，就相当于通过这种方式部分的消灭了两个相的界面，就降低了表面张力和表面自由能。
选用的表面活性剂均为常规表面活性剂，对灭火药剂的功能成分无抑制作用。
进一步地，所述ph调节剂为三乙醇胺或磷酸。
ph调节剂将灭火药剂的ph值调节至中性，对容器的腐蚀性能低，使用安全性能增加；其中三乙醇胺中含有碳氢氧氮四种元素，磷酸含有氢氧磷三种元素，在阻燃过程中产生的有害气体较少，两者未给灭火药剂引入新元素，且对阻燃功能物质无不利影响。
一种中性水系灭火药剂的制备方法，包括如下步骤：
s1物料混合：将蒸馏水首先加入搅拌机中，然后加入含磷阻燃剂和含氮阻燃剂搅拌1.5-1.8h，再加入凝胶剂、表面活性剂和水玻璃搅拌1.0-1.2h；
s2酸碱度调节：将s1步骤混合物ph调节至6.5-7.5，得到混合液待用；
s3熟化：将s2步骤中的混合液静置6-8h；
s4成品制作。
进一步地，所述s4步骤中成品制作为将熟化之后的混合液加入0.2-0.3%消泡剂，静置20-25min，输送至储罐。
进一步地，所述s4步骤中成品制作为熟化之后加入硅粉搅拌混匀至不粘连，输送至储罐。
在灭火药剂中加入消泡剂制备得到的是液态粘稠的灭火药剂，加入消泡剂可以避免在运输过程中振荡产生的泡沫，从而避免泡沫过多产生的溢流或容器破损的情况，增强运输过程的安全性能；在灭火药剂中加入硅粉制备得到固态灭火药剂，粉末状的灭火药剂具有优良的灭火性能，且硅粉燃点高，化学性质稳定，不属于助燃剂，对灭火药剂的有效成分无影响。
本发明的有益效果是：
1.将含磷阻燃剂和含氮阻燃剂两种阻燃剂结合作为灭火药剂的主要功能成分，阻燃性能优于单独使用相同含量的含磷阻燃剂或含氮阻燃剂，在水系阻燃剂中加入凝胶剂和水玻璃，使得阻燃剂的均匀度和粘稠度增加，其中ph调节剂用于调节灭火药剂为中性，蒸馏水中杂质离子含量少，并不会对灭火药剂的功能成分产生不利影响；
2.含磷阻燃剂可以选用无机含磷阻燃剂或有机含磷阻燃剂，或者两者混合使用，选用的四种含磷阻燃剂成本较低，可工业化；其中无机含磷阻燃剂在阻燃过程中有害气体产生量少，更环保安全，有机含磷阻燃剂在阻燃过程中阻燃性能明显优于常规阻燃剂；
3.含氮阻燃剂中采用有机含氮阻燃剂或无机含氮阻燃剂，或者两者混合使用；含氮阻燃剂与含磷阻燃剂的用量相近，其中使用的部分阻燃剂中既含氮又含磷，具有更加优良的阻燃性能；其中无机含氮阻燃剂为磷酸二氢铵，既含氮又含磷，且成本低廉，阻燃性能十分优良；有机含氮阻燃剂为3-吗啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺，两者含氮量都非常高，阻燃性能十分优良，成本在可控范围内，可工业化程度高；
4.ph调节剂将灭火药剂的ph值调节至中性，对容器的腐蚀性能低，使用安全性能增加；其中三乙醇胺中含有碳氢氧氮四种元素，磷酸含有氢氧磷三种元素，在阻燃过程中产生的有害气体较少，两者未给灭火药剂引入新元素，且对阻燃功能物质无不利影响；
5.在灭火药剂中加入消泡剂制备得到的是液态粘稠的灭火药剂，加入消泡剂可以避免在运输过程中振荡产生的泡沫，从而避免泡沫过多产生的溢流或容器破损的情况，增强运输过程的安全性能；在灭火药剂中加入硅粉制备得到固态灭火药剂，粉末状的灭火药剂具有优良的灭火性能，且硅粉燃点高，化学性质稳定，不属于助燃剂，对灭火药剂的有效成分无影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种中性水系灭火药剂，由如下组分组成：
含磷阻燃剂23%；
含氮阻燃剂20%；
凝胶剂4%；
表面活性剂5%；
水玻璃8%；
ph调节剂2%；
其余量为蒸馏水。
具体地，所述含磷阻燃剂为三磷酸钠和硫代磷酸三异氰酸酯。
具体地，所述含氮阻燃剂为磷酸氢二铵和氰尿酸三聚氰胺。
具体地，所述凝胶剂为聚甘油。
具体地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基铵。
具体地，所述ph调节剂为磷酸。
一种中性水系灭火药剂的制备方法，包括如下步骤：
s1物料混合：将蒸馏水首先加入搅拌机中，然后加入含磷阻燃剂和含氮阻燃剂搅拌1.5h，再加入凝胶剂、表面活性剂和水玻璃搅拌1.0h，搅拌速度为130r/min；
s2酸碱度调节：将s1步骤混合物采用磷酸调节ph至6.5，得到混合液待用；
s3熟化：将s2步骤中的混合液静置6h；
s4成品制作。
具体地，所述s4步骤中成品制作为将熟化之后的混合液加入0.2%消泡剂，静置20min，输送至储罐。
实施例2
一种中性水系灭火药剂，由如下组分组成：
含磷阻燃剂24%；
含氮阻燃剂22%；
凝胶剂5%；
表面活性剂7%；
水玻璃10%；
ph调节剂4%；
其余量为蒸馏水。
具体地，所述含磷阻燃剂为三磷酸钠和磷酸二氢铵。
具体地，所述含氮阻燃剂为磷酸氢二铵和3-吗啉-4-氯-1,2,5-噻二唑。
具体地，所述凝胶剂为聚甘油。
具体地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
具体地，所述ph调节剂为磷酸。
一种中性水系灭火药剂的制备方法，包括如下步骤：
s1物料混合：将蒸馏水首先加入搅拌机中，然后加入含磷阻燃剂和含氮阻燃剂搅拌1.7h，再加入凝胶剂、表面活性剂和水玻璃搅拌1.1h，搅拌速度为120r/min；
s2酸碱度调节：将s1步骤混合物采用磷酸调节ph至7.0，得到混合液待用；
s3熟化：将s2步骤中的混合液静置7h；
s4成品制作。
具体地，所述s4步骤中成品制作为将熟化之后的混合液加入0.3%消泡剂，静置23min，输送至储罐。
实施例3
一种中性水系灭火药剂，由如下组分组成：
含磷阻燃剂25%；
含氮阻燃剂24%；
凝胶剂6%；
表面活性剂8%；
水玻璃12%；
ph调节剂5%；
其余量为蒸馏水。
具体地，所述含磷阻燃剂为磷酸二氢铵和三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具体地，所述含氮阻燃剂为磷酸氢二铵。
具体地，所述凝胶剂为聚甘油。
具体地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
具体地，所述ph调节剂为三乙醇胺。
一种中性水系灭火药剂的制备方法，包括如下步骤：
s1物料混合：将蒸馏水首先加入搅拌机中，然后加入含磷阻燃剂和含氮阻燃剂搅拌11.8h，再加入凝胶剂、表面活性剂和水玻璃搅拌1.2h，搅拌速度为110r/min；
s2酸碱度调节：将s1步骤混合物采用三乙醇胺调节ph至7.5，得到混合液待用；
s3熟化：将s2步骤中的混合液静置8h；
s4成品制作。
具体地，所述s4步骤中成品制作为将熟化之后的混合液加入0.3%消泡剂，静置25min，输送至储罐。
实施例4
一种中性水系灭火药剂，由如下组分组成：
含磷阻燃剂24%；
含氮阻燃剂22%；
凝胶剂5%；
表面活性剂7%；
水玻璃10%；
ph调节剂3%；
其余量为蒸馏水。
具体地，所述含磷阻燃剂为三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具体地，所述含氮阻燃剂为3-吗啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺。
具体地，所述凝胶剂为羧甲基纤维素钠。
具体地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
具体地，所述ph调节剂为磷酸。
一种中性水系灭火药剂的制备方法，包括如下步骤：
s1物料混合：将蒸馏水首先加入搅拌机中，然后加入含磷阻燃剂和含氮阻燃剂搅拌1.5h，再加入凝胶剂、表面活性剂和水玻璃搅拌1.1h，搅拌速度为100r/min；
s2酸碱度调节：将s1步骤混合物采用磷酸调节ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：将s2步骤中的混合液静置7h；
s4成品制作。
具体地，所述s4步骤中成品制作为熟化之后加入硅粉搅拌混匀至不粘连，输送至储罐。
实施例5
一种中性水系灭火药剂，由如下组分组成：
含磷阻燃剂46%；
凝胶剂5%；
表面活性剂7%；
水玻璃10%；
ph调节剂3%；
其余量为蒸馏水。
具体地，所述含磷阻燃剂为三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具体地，所述凝胶剂为羧甲基纤维素钠。
具体地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
具体地，所述ph调节剂为三乙醇胺。
一种中性水系灭火药剂的制备方法，包括如下步骤：
s1物料混合：将蒸馏水首先加入搅拌机中，然后加入含磷阻燃剂和含氮阻燃剂搅拌1.5h，再加入凝胶剂、表面活性剂和水玻璃搅拌1.1h，搅拌速度为100r/min；
s2酸碱度调节：将s1步骤混合物采用三乙醇胺调节ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：将s2步骤中的混合液静置7h。
s4成品制作。
具体地，所述s4步骤中成品制作为熟化之后加入硅粉搅拌混匀至不粘连，输送至储罐。
实施例6
一种中性水系灭火药剂，由如下组分组成：
含氮阻燃剂46%；
凝胶剂5%；
表面活性剂7%；
水玻璃10%；
ph调节剂3%；
其余量为蒸馏水。
具体地，所述含氮阻燃剂为3-吗啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺。
具体地，所述凝胶剂为羧甲基纤维素钠。
具体地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
具体地，所述ph调节剂为磷酸。
一种中性水系灭火药剂的制备方法，包括如下步骤：
s1物料混合：将蒸馏水首先加入搅拌机中，然后加入含磷阻燃剂和含氮阻燃剂搅拌1.5h，再加入凝胶剂、表面活性剂和水玻璃搅拌1.1h，搅拌速度为100r/min；
s2酸碱度调节：将s1步骤混合物使用磷酸调节ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：将s2步骤中的混合液静置7h；
s4成品制作。
具体地，所述s4步骤中成品制作为熟化之后加入硅粉搅拌混匀至不粘连，输送至储罐。
其中实施例1-实施例4为本发明技术方案中制备得到的灭火药剂，实施例5-实施例6为对比实验，其中实施例5为仅仅含有含磷阻燃剂的灭火药剂，实施例6为仅仅含有含氮阻燃剂的灭火药剂；将实施例1-实施例6的灭火温度以及实用火灾类型实验结果如表1所示：
从表1的实验数据中可以看出实施例1-实施例4的使用温度范围明显大于对比实验组，适用温度范围更广泛，使用火灾季节更多；实施例4-实施例6为粉状灭火剂，适用火灾类型更多。
将实施例1-实施例6制备得到的灭火制剂进行灭火性能实验，选取1m×1m×1cm的板材进行灭火实验，将板材表面铺放约1cm厚的稻草作为引燃物，点燃30s之后进行灭火，其中控制时间为燃烧时间，灭火时间为每种灭火制剂所需要的时间，实验数据如表2所示：
从表2的数据中可以得出实施例1-实施例4的灭火时间明显短于实施例5-实施例6，说明实施例1-实施例1制备得到的灭火制剂的阻燃性能优良于实施例5-实施例6；实施例1-实施例3为液态灭火制剂，实施例4-6为固态粉体灭火制剂，鉴于形态的不同，最终同种板材上液态灭火制剂的粘附水量明显高于固态粉体灭火制剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。