一种冻胶灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明属于消防安全技术领域，具体涉及一种一种冻胶灭火剂及其制备方法。

背景技术

水与火是互不相容的一对矛盾。水能灭火，这是大家共知的。因此，水是最常用的灭火剂，一遇大小火灾，人们总是用泼水或喷水灭之。反之，火也能灭水，如一大锅水用柴火很快就能烧干，火辣的太阳能造成地球某区大旱。由于二者有相互对灭的作用，因此，用水灭火时，总是“功倍事半”，即要用大量的水才能扑灭小势的火。如果遭遇森林、草原、矿区、工厂或民屋的猛烈大火时，用水灭火往往不尽人意，火势得不到快速控制而蔓延，容易造成惨重的损失。

现有的干粉灭火剂是一类干燥流动性好的微细固体粉末，主要由一种或多种具有灭火能力的微细无机粉末和各类添加剂构成，其灭火原理主要为：一是靠粉剂中的无机盐的挥发性分解物与燃烧过程中燃料所产生的自由基或活性基团发生化学抑制和副催化作用，使燃烧的链反应中断而灭火；二是靠细小粉剂落在燃烧物表面在高温作用下形成一层玻璃状覆盖层，从而隔绝氧气，进行窒息灭火。但目前市场的干粉灭火剂存在斥水性差、容易吸水结块，缩小了比表面积，捕捉自由基的能力小，导致其灭火性能较差且容易吸水变质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冻胶灭火剂，克服现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种冻胶灭火剂的制备方法，方便配制使用，适合推广应用。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种冻胶灭火剂，包括水、水合硅酸钠和硫酸铝钾，所述水合硅酸钠和硫酸铝钾分别与水配制成水合硅酸钠水溶液和硫酸铝钾水溶液，两者混合后形成冻胶灭火剂。

所述水合硅酸钠和硫酸铝钾的质量比为1：(0.35-0.45)。

所述水合硅酸钠水溶液中的水合硅酸钠与水的质量比为1:(5-15)。

所述水为饮用水、山塘、深井、自来水、江河或湖泊清水。

一种冻胶灭火剂的制备方法，出现水溶性的白色软性冻胶散体包括以下步骤：

步骤1)配制水合硅酸钠水溶液；

步骤2)配制硫酸铝钾水溶液；

步骤3)在搅拌条件下，将硫酸铝钾水溶液加入水合硅酸钠水溶液中，当pH为6时，出现水溶性的白色软性冻胶散体，即得冻胶灭火剂。

步骤2)中配制的硫酸铝钾水溶液中硫酸铝钾与水的质量比为1:10。

步骤1)配制水合硅酸钠水溶液的具体过程如下：边搅拌边将配方量的水合硅酸钠加入水中，搅拌均匀后，静沉，滤除沉渣待用；

步骤2)中的硫酸铝钾水溶液中的硫酸铝钾和水的质量比是1:10。

步骤2)配制硫酸铝钾水溶液的具体过程如下：将硫酸铝钾粉碎后加入水中充分搅拌溶解后，静沉，滤除沉渣待用。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种冻胶灭火剂，在近中性条件下，由水合硅酸钠、硫酸铝钾和水生成冻胶(凝胶)，其中冻胶中的阴离子(SiO

在灭火时，覆盖在燃火点上，在隔绝空气的同时，通过冻胶中的水大量蒸发降温，即实现隔绝空气和降温同步，符合灭火中的双效原理，灭火效果好。

下面将做进一步详细说明。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种冻胶灭火剂，包括水、水合硅酸钠和硫酸铝钾，所述水合硅酸钠和硫酸铝钾分别与水配制成水合硅酸钠水溶液和硫酸铝钾水溶液，两者混合后形成冻胶灭火剂。

本发明选取以下三种材料，其中，以水为主体。水的重要热力学性能有“克、卡、度”，即1克水吸收1卡热量升高温度1℃，则1Kg水从20℃升高到100℃，全部蒸发为水汽，吸收热量80千卡，这是水降温灭火的关键指标。随着温度不同，水有三种变态：＜4℃时，结冰呈固态；＞100℃时，蒸发为水汽，呈气态；在4℃～100℃时，为液态。三态中的水，有电离可逆平衡：

二是水合硅酸钠，化学式为Na

Na

在这个体系中，强碱胜于弱酸，溶液呈碱性，pH>13。品质要求：工业级标准。

三是硫酸铝钾，化学式为K

Al

在这个体系中，强酸性胜于弱碱，溶液呈酸性，pH<3。品质要求：工业级标准。

本发明冻胶灭火剂是以水为主量，由水合硅酸钠和硫酸铝钾在pH为6的弱酸性条件下进行胶化并与水溶合而成冻胶水溶体。在灭火中，有3个特性：

1)冻胶呈软性散体，与水不受限量，混溶性好，因此在实施灭火时，不仅适用泼撒和喷射，而且均散性能好。

2)冻胶微粒凝聚性强，散粒落体质量大，因此，泼撒或喷射的冻胶几乎全部坠入燃火点，总是针对燃火点灭火。

3)冻胶含水量高，高达95％以上，散布在燃火点上的冻胶，大量水吸热蒸发降温，致使燃火点的温度很快降至燃物的燃点或闪点以下而熄火；与此同时，覆盖在燃点上的冻胶隔绝空气助燃而窒息灭火。这种在燃火点上进行同步灭火的双效功能，既高效又快速。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种冻胶灭火剂，所述水合硅酸钠和硫酸铝钾的质量比为1：0.4。

硫酸铝钾在15℃-30℃的常压下，只有将其配制成准饱和浓度10.00％≤饱和浓度，才不会析出结晶，确保溶液浓度的稳定性。在接近15℃时，硫酸铝钾若未完全溶解，需加热到30℃-35℃使其完全溶解后才能使用。因此，硫酸铝钾与水的配比始终为10.00％。

由于pH值要满足为6，硫酸铝钾的用量始终从属于水合硅酸钠的量，即1kg水合硅酸钠需要0.4kg硫酸铝钾，才能中和到pH为6。

制备过程如下：

步骤1)边搅拌边将配方量的水合硅酸钠加入水中，搅拌均匀后，静沉，滤除沉渣待用；

步骤2)将硫酸铝钾粉碎后加入水中充分搅拌溶解后，静沉，滤除沉渣待用；

步骤3)在不断搅拌下，将步骤2)得到的硫酸铝钾水溶液注入步骤1)配制的水合硅酸钠水溶液中，则混合溶液由稀逐渐变浓，与此同时，溶液中的pH值不断下降，当pH降至7再到6时，整个溶液便出现白色软性散体冻胶水溶体，即得冻胶灭火剂。

在制备过程中，每步各有不同的物化过程，但是繁简有别。步骤1)和步骤2)中都是单种盐与水溶合，都是溶质渗入溶剂的均匀化和水解反应，物化过程简单，得到都是半成品；步骤3)中，当三物合一时，中和反应与胶化反应共存共进，首先是硫酸铝钾水溶液中的酸(H

n

反应产物是冻胶，它是一个庞大的等离子聚合体，其系数m＝m

对产物冻胶，可用胶体结构化学概述：在冻胶中，阴离子(SiO

以化学分子和离子而论，冻胶中的所有离子没有发生结构变化，因此，冻胶保持三种原物的化学性能不变，这在冻胶灭火原理中体现出来。但是，所有离子在冻胶的化学结构中，发生了重组重排，致使冻胶的物化性能与原物不同。比如，与水相比，分子间的凝聚性增强，密度增大，沸点增高等；与水合硅酸钠相比，不粘手、不附壁，粘性没了，pH值降过中性等；与硫酸铝钾相比，水溶水混性都很好，不存在饱和浓度，不沉淀结晶，始终保持软性散体胶态。总之，“不变”和“变了”的性能很多，而且多是冻胶灭火欲求的要素。

步骤3)中硫酸铝钾与水合硅酸钠两溶液中和到pH为6时，这不仅是冻胶成型的最佳条件，而且在这个酸度条件下，冻胶水溶液的缓冲性很好。在中和过程中，若pH大于6，硫酸铝钾用量不足，水合硅酸钠没有完全参与成胶，浪费材料；若pH小于6，不仅硫酸铝钾超量，而且水合硅酸钠因为酸化作用析出硅酸，即硅胶，这种水合硅胶与冻胶相容性好，肉眼难以观见，并在灭火中没有不利影响。但是，它与水不发生可逆变态，即冻胶浓缩到硬体时，加水搅拌后，硅胶呈砂粒析出而沉底，在灭火喷射过程中有堵塞喷孔的问题，因此两者混合后须控制pH为6或微小于6。

本发明冻胶灭火原理：

泼出或喷射的冻胶，是一种软性散体，分子、离子之间，凝聚性强，密度大，沸点高，难以高度分散、雾化，在大火热气流的冲击中，由于胶体微粒的落体质量大，致使很多胶量坠入燃火点。覆盖在燃火点上的冻胶，首先是隔绝空气助燃。与此同时，冻胶中的水大量吸热蒸发降温，即隔绝空气和降温同步进行。所以，冻胶灭火符合原理中的双效作用。

用化学反应表达灭火原理：

[Na

[Na

其反应最终产物是氧化物残渣和废气。在高温情况下，残渣中的四种氧化物不是完全独立存在，尤其是活性很高的金属氧化物Na

在消防大火时，连续施喷冻胶灭火剂，大量的水连续叠加吸热蒸发降温，残盐和氧化物残渣同时助力冻胶叠加隔绝空气，与此同时，残盐进一步分解吸热助降，这种叠加式的双效灭火，即使火势再度猛烈，也会很快扑灭。

施用方法：手工泼撒，管枪喷射，制成软弹抛投、弹射、炮推或空投等。

本发明的制备原料及产物冻胶都是没有起火燃点和闪点的耐温无机物。从生产到使用，在防火和灭火中，都是安全材料。在环境保护上，四者都是无害普通物。从半成品到成品生产，没有三废。生产耗电少，节能减排。原材料来源广，单价低；各道工序都是兑配生产，工艺流程及其操作都很简单，技术含量低，易学易懂，适合普工就业。

本发明的灭火冻胶直接用于灭火或者与其它灭火剂混合后用于灭火，灭火剂黏度较低，可以使用传统水枪喷出，同时可根据需要加入防火剂、阻燃剂等其他成分来提高其灭火性能。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种冻胶灭火剂，所述水合硅酸钠水溶液中的水合硅酸钠与水的质量比为1:10。

制备过程同实施例2。

在本实施例中，硫酸铝钾配制成准饱和溶液，即硫酸铝钾与水的质量比为1:10；水合硅酸钠水溶液中水合硅酸钠与水的质量比为1:10；其中，水合硅酸钠与硫酸铝钾的质量比为1:0.4。当水合硅酸钠为1kg时，用水10kg配制质量比百分浓度10％的水合硅酸钠水溶液，对应的硫酸铝钾为0.4kg，用水4kg配制质量比百分浓度10％的硫酸铝钾水溶液，可得15.4kg冻胶。

成本计算：

水合硅酸钠1kg*1.93元/kg＝1.93元；

硫酸铝钾1kg*0.4*3.2元/kg＝1.28元；

总计：3.21元；即单价为0.214元/kg。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种冻胶灭火剂，所述水合硅酸钠水溶液中水合硅酸钠与水的质量比为1:5。

制备过程同实施例2。

在本实施例中，硫酸铝钾配制成准饱和溶液，即硫酸铝钾与水的质量比为1:10；水合硅酸钠水溶液中水合硅酸钠与水的质量比为1:5；其中，水合硅酸钠与硫酸铝钾的质量比为1:0.4。当水合硅酸钠为1kg时，用水5kg配制质量比百分浓度20％的水合硅酸钠水溶液，对应的硫酸铝钾为0.4kg，用水4kg配制质量比百分浓度10％的硫酸铝钾水溶液，可得10.4kg冻胶。

实施例5：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种冻胶灭火剂，所述水合硅酸钠水溶液中水合硅酸钠与水的质量比为1:15。

制备过程同实施例2。

在本实施例中，硫酸铝钾配制成准饱和溶液，即硫酸铝钾与水的质量比为1:10；水合硅酸钠水溶液中水合硅酸钠与水的质量比为1:15；其中，水合硅酸钠与硫酸铝钾的质量比为1:0.4。当水合硅酸钠为1kg时，用水15kg配制质量比百分浓度6.67％的水合硅酸钠水溶液，对应的硫酸铝钾为0.4kg，用水4kg配制质量比百分浓度10％的硫酸铝钾水溶液，可得20.4kg冻胶。

当水合硅酸钠水溶液的质量比百分浓度大于20％(1:5)时，冻胶的分散性和均布性都不够好，对灭火不利；但低于6.67％(1:15)时，接近水灭火的效果。因此，水合硅酸钠水溶液中水合硅酸钠与水的质量比为1:(5-15)。

实施例6：

为了对本发明冻胶灭火剂的灭火效果做进一步说明，本实施例进行了灭火实试验。

以破旧木制家具、椅凳，衣物和干枯的杂树灌草等作为燃物进行累堆，直径为2m，高1.2m。天气：晴，风力四级，气温13-14℃，湿度55％，在连续晴日大于15天后的情况下试验。采用实施例3制备的冻胶灭火剂(即浓度为10％)进行灭火，连续间歇试验三次，录像并计时。将15kg冻胶灭火剂装入手动杀虫喷雾塑制背桶中，取掉喷嘴，直接喷流喷雾。

火体燃烈成尖锥形，试验结果如下：

第一次：火体苗形高约2.5m，喷射灭火剂到20秒，火势全灭。

第二次：火体苗形高约3m，喷射灭火剂到18秒，火势全灭。

第三次：火体苗形高约2.8m，喷射灭火剂到25秒，火势全灭。

三次试验，燃物熄灭后，整个燃渣表面都均布一层大霜似的白色薄膜，燃火点残灰的底面积直径为1.6-1.8m，这是本发明冻胶灭火剂在大量水分吸热蒸发降温的同时，其残渣隔绝空气助燃的见证。

三次试验共用灭火剂12kg，即单个火体平均用量4kg，按材料成本核算，除去水，扑灭每个火灾，单价为0.214元/kg*4kg＝0.856元，因此，不仅效果好，而且廉价。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。