一种适用于高寒环境的干水粉体灭火材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于高寒环境的干水粉体灭火材料及其制备方法，是通过多次冷却、多次搅拌的方法，以含无机盐和增稠剂的水构成含水内核、以疏水纳米粉末构成多层疏水性外壳。本发明专利技术的干水材料是在结冰液体外部形成多层疏水结构，从而保证制得的干水材料在高寒环境与常温中均能长时间保存，不结块且灭火性能不下降。不下降。不下降。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高寒环境的干水粉体灭火材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于公共安全领域，涉及一种耐高寒环境的干水粉体灭火材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于水的冷却效果好、环境友好、易获取，水基灭火介质能高效扑灭多类火灾，应用广泛。目前，为了在高寒环境中使水基灭火介质保持液体状态，往往需要为水基介质提供保温、加热等措施，导致灭火系统在使用和维护过程中存在能耗和成本较高、体积大、重量大等问题。大量发生在高原、冻土、极地等地点的火灾常常因水基灭火介质无法大规模使用而造成灾害扩大。
[0003]干水材料在1968年首次制成，是一种以疏水性粉体与水溶液在高速剪切力的作用下混合，形成的疏水性粉体包裹液体的核壳结构新型材料，外观呈粉末状，具有良好的流动性和分散性，在化妆品、催化剂、钻井液、水合物储气、灭火剂等方面有较大的潜在应用价值。若在高寒环境中，干水材料内部含水介质结冰的情况下，疏水外壳能紧密覆盖在干水颗粒外表面，则可令干水材料依然保持粉体状态，从而使水基灭火介质具备免保温、免加热的优点。
[0004]目前已获授权的相关专利存在以下问题：
[0005]2012年获授权的专利CN101309860B“干液体及其制备方法”公开了以疏水二氧化硅与水为材料，通过高速剪切作用制备干水材料的方法。但是此方法制备的材料中成分单一，灭火效果有待提升。并且此种材料保水性和耐压性较差，长期存放后效能下降明显。
[0006]2021年获授权的专利CN102058951B“一种灭火剂”公开了干水灭火剂的制备方法。此方法制备的干水中，溶液中主要添加了有助于灭火的盐类，用以提升干水材料的灭火效果。但是，按此专利所述方法制备的干水材料保水性、耐压、耐低温性能依然较差。主要原因是干水材料被长期储存时，水会缓慢蒸发，水分子会透过疏水外壳进入到储存器的气相中。气相中的水分子凝结后，会在存储器内形成液体，导致干水的壳结构内含水量降低、灭火效果变差。在高寒环境中，此种材料也会随着储存时间变长而发生结块的问题。
[0007]2022年获授权的专利CN112206457B“一种生物质凝胶基干水粉体灭火剂及其制备方法”提出向溶液中加入0.5
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2wt％的胶凝剂，从而提升干水材料的保水性和耐压性。此专利所公开的制备方法虽然可大幅提升干水材料在常温中的稳定储存时间，但仍然无法避免高寒环境下干水材料结块。原因是水基溶液结冰后，其体积会随着温度下降而增大。当冰颗粒体积膨胀导致疏水外壳破裂时，相互临近的冰颗粒之间会发生结块现象。虽然溶液中的盐等溶质能在一定程度上降低溶液的凝固点，但在高寒环境下仍然无法避免水基介质凝固和结块。
[0008]2012年获授权的专利CN101905320B“一种提高水合物储气速率的铜粉干水及其制法和应用”公开了用于储气的干水材料制备方法。虽然说明书中提及此铜粉干水使用温度为
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80～30℃、使用压力为0～100MPa，但是表2中的实验压力为6MPa、反应温度为273.15K、
反应时间为1.5h。在此实验条件下，由于最低温度较高(273.15K)且反应时间短(1.5h)，不能明显地观察到干水材料在低温条件下的结构破坏。若此种制备方法制备的干水材料在高寒环境中保存数年，同样会发生因疏水外壳结构被破坏而结块的问题。
[0009]2012年获授权的专利CN101922609B“一种能快速可逆储气的凝胶干水及其制法和应用”公开了一种添加了凝胶成分的储气干水制备方法。说明书中提及所述凝胶干水是在0～100MPa、
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80℃～40℃下使用，但是表2所示的实验压力为6MPa、反应温度为273.15K、反应时间为2h、循环次数为5。虽然添加凝胶成分后，此材料的保水和耐高温性能得到了提升。但此实验条件下，由于最低温度较高(273.15K)且反应时间短(2h)，不能明显地观察到干水材料在低温条件下的结构破坏。若此种制备方法制备的干水材料在高寒环境中保存数年，依然会发生因疏水外壳结构被破坏而结块的问题。虽然凝胶等增稠剂和盐类能改变水的结晶状态，一定程度上延缓高寒环境中干水颗粒的结构破坏过程，但是添加过量的增稠剂会降低干水在火焰中的蒸发速率，从而降低灭火效果。
[0010]综上所述，现有干水制备相关技术主要通过改变溶液成分和疏水颗粒成分来优化干水材料的耐压、保水、吸气、阻燃等特性，制备过程大多为单次高速搅拌固、液两相而获得干水材料。现有制备方式制得的材料在高寒环境中长期存放时容易因为含水介质膨胀而发生结构破坏，进而结块、失效。因此，本专利技术提出了一种适用于高寒环境的干水灭火材料及其制备方法，通过多次冷冻并高速搅拌的方法制备具有多层疏水外壳的干水材料，解决了现有干水材料在低温环境中长期保存易结块问题，从而为高寒地区提供了一种免加热、免保温的高效水基灭火介质，创新性和意义明显。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种适用于高寒环境的干水灭火材料及其制备方法。经由本专利技术制得的耐高寒环境的干水粉体灭火剂，不仅可以在高寒环境长期储存，保持结构稳定，保水性强，而且本专利技术通过多层阻燃性疏水结构包覆有助于灭火的无机盐溶液，并添加增稠剂，改变了溶液结晶结构，制得的灭火粉体进入高寒环境火焰中，其阻燃性疏水结构可以有效中断链式反应，且无机盐溶液灭火性能不下降，能够高效灭火。
[0012]本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
[0013]本专利技术提供一种适用于高寒环境的干水粉体灭火材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]1)按质量百分比称取如下原料组分并备用：第一疏水纳米粉末3
‑
9wt％，第二疏水纳米粉末2
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8wt％，无机盐0.1～2.5wt％，增稠剂0.1～1.5wt％，余量为水；
[0015]2)将水、无机盐和增稠剂混合慢速搅拌10
‑
20min，直至混合液的粘度达到水的20
‑
1000倍；
[0016]3)将混合液注入模具中进行冷冻，直至固体含水介质的温度达到冻室温度，冷冻温度低于应用环境中的最低温度(冷冻温度为
‑
100℃至
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10℃)；
[0017]4)将固体含水介质放入搅拌机中以15000
‑
30000r/min的转速破碎10
‑
60s；
[0018]5)重复步骤3)和步骤4)三至六个循环；
[0019]6)将破碎完成的固体含水介质与第一疏水纳米粉末加入搅拌机，以15000
‑
20000r/min的转速搅拌10
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30s，获得包含疏水性外壳和含水内核的核壳结构干水颗粒，其
结构如图1所示。
[0020]7)按步骤3)的方法对步骤6)所得干水颗粒进行冷冻后，加入搅拌机中，并加入第二疏水纳米粉末，以500
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5000r/min的转速搅拌30
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120s，即获得包含双层疏水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高寒环境的干水粉体灭火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按质量百分比称取如下原料组分并备用：第一疏水纳米粉末3
‑
9wt％，第二疏水纳米粉末2
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8wt％，无机盐0.1～2.5wt％，增稠剂0.1～1.5wt％，余量为水；2)将水、无机盐和增稠剂混合慢速搅拌10
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20min，直至混合液的粘度达到水的20
‑
1000倍；3)将混合液注入模具中进行冷冻，直至固体含水介质的温度达到冻室温度，冷冻温度低于应用环境中的最低温度；4)将固体含水介质放入搅拌机中以15000
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30000r/min的转速破碎10
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60s；5)重复步骤3)和步骤4)三至六个循环；6)将破碎完成的固体含水介质与第一疏水纳米粉末加入搅拌机，以15000
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20000r/min的转速搅拌10
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30s，获得包含疏水性外壳和含水内核的核壳结构干水颗粒；7)按步骤3)的方法对步骤6)所得干水颗粒进行冷冻后，加入搅拌机中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王喜世，朱小龙，张凯，胡适，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：