一种利用废弃干粉灭火剂制备的热膨胀型防火涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种利用废弃干粉灭火剂制备的热膨胀型防火涂料及其制备方法，由重量份数的以下组分组成：水性环氧乳液25～40份、自制聚磷酸铵10

【技术实现步骤摘要】
一种利用废弃干粉灭火剂制备的热膨胀型防火涂料及其制备方法


[0001]本专利技术属于废弃灭火剂回收领域，具体涉及一种利用废弃干粉灭火剂制备的热膨胀型防火涂料的制备方法。

技术介绍

[0002]干粉灭火剂因其使用范围广、灭火效能高、用时短、材料来源广泛等优势成为办公大楼，商住楼、宾馆、商场、娱乐等公共场以及汽车、火车等公共交通工具中所必备的消防设备。2010年我国磷酸铵盐干粉灭火器产量约为4.26千万只，2010年
‑
2016年，每年维持10％以上的增长幅度。而磷酸铵盐干粉灭火器使用年限有5
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10年，超过使用年限后必须按照规定报废，GA95
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2015《灭火器维修与报废规程》中规定对于新购买的干粉灭火器换充粉期限是2年，且自第一次换粉起以后每年换粉一次。据不完全统计，每年由报废和维修产生的废弃干粉灭火剂高达上万吨。2018年7月开始执行的GB 4066
‑
2017《干粉灭火剂》中规定磷酸铵盐干粉灭火器中磷酸二氢铵的含量由原来的50％提升到75％，与此同时也会产生大量的废弃的干粉灭火剂。由此可见，磷酸铵盐干粉灭火剂高速发展的同时，废弃灭火剂的安全处置问题将愈加突出，其中如何实现废弃灭火剂的回收利用是灭火器生产厂家废物处理处置的核心问题之一。干粉灭火剂的主要成分是硫酸铵和磷酸二氢铵，在空气中易潮解，具有一定的腐蚀性。同时干粉灭火剂粒径较小，极易造成粉尘污染等严重的环境问题。因此，现今常规的堆存处理并不能满足日益突出的废弃灭火剂处置问题，亟待寻求一种安全高效地处理废弃磷酸铵盐灭火剂的新型工艺。
[0003]近年来，消防灭火救援中的环境污染问题日益受到国内外学者的广泛关注，并对灭火过程中灭火剂和水体污染做了大量研究，但鲜有学者对废弃灭火剂的回收及资源化利用开展研究。磷酸铵盐作为常见的脱水成炭催化剂，在膨胀型防火涂料中具有广泛的应用。
[0004]磷酸铵盐干粉灭火剂中灭火组分一般为NH4H2PO4、(NH4)2SO4、NaHCO3、NaCl等，其中磷酸二氢铵的含量高达50％。目前国内外膨胀型防火涂料主要有磷酸二氢铵/磷酸氢二铵系统(AP)、磷酸三聚氰胺系统(MP)和聚磷酸铵系统(APP)三大体系。磷酸氢二铵作为常用的脱水成炭催化剂是一种能在一定条件下分解出磷酸的物质，分解出的酸使多元醇脱水，从而使之形成不易燃的三维空间结构炭化层。因此废弃磷酸铵盐干粉灭火剂在制备膨胀型防火涂料方面有巨大的应用前景。
[0005]但废弃磷酸铵盐干粉灭火剂在空气中易潮解结块，降低了原料的阻燃性能，同时阻燃剂颗粒太大而容易产生应力集中同样会损害材料的机械性能。
[0006]聚磷酸铵(APP)是一种具有较高氮含量的聚磷酸盐，其外观呈白色粉末状，并且是由一类在化学性质和结构有所差别，但化学组成类似的化合物混合而成的。
[0007]由于氨化程度不同，聚磷酸铵有不同的化学表达式：
[0008]H
(n
‑
m+2)
NH4P
n
O
3n+1
或者H
(n
‑
m)
(NH4)
m
P
n
O
3n+1
[0009]式中，n＞10，m/n＝0.7～1.1，m的最大值为n+2，以上的两种表达形式的APP都呈酸
性。
[0010]当其链上的氢原子全部被氨化时可表示为：(NH4)
n+2
P
n
O
3n+1
。当n很大时，可以写成(NH4PO3)
n
。
[0011]按照结晶程度，聚磷酸铵可以分成结晶态和无定型态两种状态。按照分子链的形状可以分为直链形、支链形和环状。
[0012]聚磷酸铵作为一种长链聚磷酸盐，有较好的物化性能，较高氮、磷含量。基于其氮、磷含量较高，因此聚磷酸铵在复合肥方面的应用是早期对其的主要研究方向。1969年，Shen.sfahlheber及Dyreff提出用尿素与磷酸铵盐作为主要原料脱水聚合制备APP，因此使合成的APP的浓度和纯度都有了很大的提升，这样才使APP的用途不仅限于肥料，并使其作为阻燃剂成为了可能。
[0013]根据APP的特殊性质，可以将其阻燃机理分为以下两个方面。凝相阻燃机理：聚磷酸铵在温度较高的的情况下可以生成聚磷酸，由于聚磷酸的强酸性可以使基材表面碳化生成致密的碳层从而阻止热量的传递。气相阻燃机理：在高温下聚磷酸铵可分解产生大量的CO2、NH3，生成的气体形成保护层隔绝了空气，从而发挥阻燃效果。
[0014]APP作为阻燃剂主要有以下优点：(1)氮含量和磷含量较高，由于氮、磷的协同作用，使APP具有良好的阻燃效应。(2)密度较小、热稳定性高，分散性好。(3)是一种重要的无毒阻燃剂。
[0015]1969年C.Y.Shen等提出的磷酸与尿素反应生产成APP的机理如下：
[0016][0017]主要制备方法及副反应：
[0018](1)磷酸二氢铵
‑
尿素缩合法
[0019]主反应：CO(NH2)2+(NH4)H2PO4→
(NH4)4P2O3+CO2↑
(NH4)4P2O3+CO(NH2)2→
2/n(NH4PO3)
n
+4NH3↑
+CO2↑
[0020]副反应：CO(NH2)2+H2O
→
2NH3↑
+CO
↑
CO(NH2)2→
NH2CONHCONH2+NH3↑
(NH4)
n+2
P
n
O
3n+1
→
H3PO4+NH3↑
+H2O
[0021](2)磷酸二氢铵
‑
尿素
‑
五氧化二磷缩合法
[0022]主反应：(NH4)H2PO4+P2O5+2NH3→
3/n(NH4PO3)
n
[0023]副反应：P2O5+NH3→
2(HO)2PN+H2O(HO)2PN+H2O2→
NH4PO3(HO)2PN+NH3→
PNO2HNH4[0024]由上述反应方程式可以看出，两种不同的方法制备聚磷酸都存在一系列复杂的化学反应。

技术实现思路

[0025]针对现有技术问题，本专利技术的目的在于提供一种利用废弃干粉灭火剂制备的热膨胀型防火涂料，第二目的在于提供该种热膨胀型防火涂料的制备方法，以达到废弃磷酸二氢铵干粉灭火剂的回收利用的效果。
[0026]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种利用废弃干粉灭火剂制备的热膨胀型防火涂料，由重量份数的以下组分组成：水性环氧乳液25～40份、自制聚磷酸铵10
‑
30份、三聚氰胺5～15份、双季戊四醇5～15份、二氧化钛2
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4份、陶瓷粉2～4份、空心玻璃微珠1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃干粉灭火剂制备的热膨胀型防火涂料，由重量份数的以下组分组成：水性环氧乳液25～40份、自制聚磷酸铵10
‑
30份、三聚氰胺5～15份、双季戊四醇5～15份、二氧化钛2
‑
4份、陶瓷粉2～4份、空心玻璃微珠1
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2份、纳米二氧化硅1
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2份、水3
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15份、三聚磷酸铝5～10份、膨胀石墨5
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10份、平流剂0.2
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0.6份、润湿分散剂0.2
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0.6份、消泡剂0.2～0.6份、偶联剂0.2～0.6份、邻苯二甲酸二辛酯0.2～0.6份以及651型聚酰胺固化剂，所述651型聚酰胺固化剂与水性环氧乳液的质量比为2:1
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3:2；自制聚磷酸铵按照如下步骤制备：1)废弃干粉灭火剂粉碎，将废弃磷酸二氢铵干粉灭火剂采用气流粉碎成1.84～18.60μm的超细粉体，且有90％的粒径≤18.60μm；2)改性偶联剂的制备，将铝锆偶联剂和二甲基硅油混合得到混合物A，将混合物A与活性二氧化硅进行混合得到混合物B，然后将混合物B装入球磨机中混合得到复合偶联剂，所述复合欧连接的粒径主要分布在0.8
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5.24μm，其中90％的粒径≤5.24μm；3)改性，将超细粉体与复合偶联剂混合5min后，加入氯化钙和硝酸钾，置于球磨机中分散，然后在60℃、湿度30％的烘箱中静置2h，得到改性磷酸二氢铵干粉灭火剂；4)称取改性干粉灭火剂和三聚氰胺于反应容器中，常温混合搅拌，加热升温至300℃，让空气先通入事先配制好的氨水溶液中，然后再将带有氨气的湿的空气通入反应容器中进行固化反应，待固化完成后继续通入湿的氨气熟化得到聚磷酸铵。2.根据权利要求1所述热膨胀型防火涂料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏昱，龙海，赵珊，陈敏，刘婉贞，
申请(专利权)人：重庆消防安全技术研究服务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：