TWI468196B - 低溫無焰之氣膠生成式滅火組成物及其製造方法 - Google Patents

Description

低溫無焰之氣膠生成式滅火組成物及其製造方法

本發明大體上與滅火有關，更具體言之，其係關於一種可應用在封閉空間中的滅火氣膠。

滅火氣膠通常是經特定配製之物質燃燒後的副產物，該些物質內含硝酸鉀及/或高氯酸鹽來做為其主要滅火劑之氧化劑及供應劑。當使用塑化及非塑化聚合物做為鍵合燃料(binding fuel)時，其能夠在熱及/或力學本質的影響下轉變成黏性或彈性狀態。在目前熟知及廣泛使用的鍵合燃料中，酚甲醛(phenol-formaldehyde)及環氧樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral)、纖維素醚、橡膠等是其中特別值得注意者。

滅火氣膠的主要成分是一種顆粒超細(0.5~5μm)的鉀化合物，其係由氧化劑與燃料的化學反應形成，並以氣態反應的產物形式散佈。

這種氣膠的滅火效果取決於該鉀化合物顆粒的量與個體尺寸，其本身進一步與溫度與該氧化劑與燃料之間化學反應的完成度有關。再者，上述組成物的燃燒溫度會直接與其鍵合燃料燃燒的溫度有關。D.I.Mendeleev訂出了下列固體與液體燃料預估的燃燒熱計算式：Q=81C+300H-26(O-S)-6(9H+W)

其中，C、H、O、S與W為燃料的工作質量，其分 別以質量百分比來表示碳、氫、氧、硫與水分等成分，而熱能則以kcal/kg來表示。

各種種類的燃料與鍵合燃料的燃燒熱計算結果如表一所示。

鍵合燃料的燃燒熱決定了其所生成氣膠之溫度。實務上，該數值不能超過判定環境中滅火器安全性的某些臨界點。

為了降低該滅火氣膠的溫度，現有的作法為加入滅火冷卻成分，像是ditsiandiamid、melema、三聚氰氨(melamine)及其他物質(patent RU 2095104,C1,10.11.97)，及/或(在製造滅火氣膠產生器時)使用顆粒 狀、管狀、單塊或其他成分形式的特別冷卻元素(見專利RU 2064305,C1,27.07.96)。相較於未經冷卻處理的氣膠，上述所提到的兩種方法都會減低氣膠一半的滅火效果，並同時因為產生一氧化碳的原因增加了所產生氣膠中無法在空氣中被氧化的有毒物質含量。

滅火用氣膠生成式化合物是一項重要的突破(見專利RU 2160619,class A62D 1/06,from 20.12.2000)，其內含65-75%的硝酸鉀、0-5%的鍵合燃料、10-20%的ditsiandiamid以及構成剩餘比例的其他額外燃料，其能夠與硝酸鉀一起燃燒。簡單來說，其係利用另一種預設來對抗超熱粒子的燃料(如澱粉、對苯二酚、酚酞、水楊酸醯胺或類似物)來取代傳統的鍵合燃料(如酚甲醛樹脂或艾杜糖醇)。然而對此方法而言，除了會產生高溫氣膠之外，其在使用上也受到了限制。

而在另一種已知的組成物與其製造方法中，其氧化劑需接受危險與勞力密集性的擣碎處理，其中鍵合燃料會被溶解在有毒的二氯甲烷溶液中以確保組成成分在混合物中能均勻分散(見專利RU 2185865,class A62D 1/00,27.07.2002)。

而另一種相當有關的製造方法則涉及到了在30-35%的聚乙烯水相散佈物中混入組成成分(patent RU 2005517,class A62D 1/00,15.01.94)，但在此例子中，其氧化劑無法被充分粉碎並保持懸浮於水中。

因此，現今業界需要一種解決前文所述限制的解答。

本發明揭露了一種組成物及其製造方法，其具有安全且無需密集勞力的特性，並同時可讓其成分被完全的混合。

本文中提出了一種物質，其中的鍵合燃料(binding fuel)表現出低燃燒熱及相對高的含氧濃度(高度的α氧平衡)之特性，將其燃燒過程轉化成一種無焰模式，同時保有所欲的滅火性質及可接受的一氧化碳水平。此外，由於使用纖維素紙材的關係，文中所揭露方法的另一技術成果係為增加了氣膠生成物質之材料處理方法的多樣性，具體來說，這些方法可包含如輥鍛、平板輥軋或擠壓成形等技術。

前述問題的解答及達成本發明所需技術結果的方法係為利用所提供具低溫無焰性質的氣膠生成式滅火組成物及其製造方法而達成。

本發明揭露了一種具低溫無焰性質的氣膠生成式滅火組成物，其成分中內含硝酸鉀與鍵合燃料，特徵為具有纖維素纖維質材，其質量百分比為：30-70%的硝酸鉀，而纖維素纖維質材構成了剩餘部分。

本發明之組成物最好內含紙料或棉料來做為其纖維素纖維質材。

本發明之組成物最好含有水溶性的硝酸銅及/或硝酸鐵(III)。

本發明所揭露具低溫無焰性質之氣膠生成式滅火組成物的製造方法包含了將纖維素纖維質材浸泡在硝酸鉀的熱飽和水溶液中，接著再將其脫水至40-60%的含 水量，之後再以熱空氣進一步將其乾燥至1-2%的含水量。

在較佳的情況下，上述得到的材料之後最好再進一步成型為吾人所需的尺寸與形狀。

在較佳的情況下，本發明最好透過將上述已受到強制熱空氣乾燥至1-2%含水量的質材捲繞成具有所需尺寸之捲材的方式來形成本發明產物。

在較佳的情況下，本發明最好透過在受熱至攝氏90-95℃的基質上施加30-150Mpa壓力的水壓成形方式，之後再將產物乾燥至1-2%含水量的方式來形成本發明產物。

在較佳的情況下，本發明產物可透過下列方法形成：使用加熱至攝氏80-100℃、具有平滑面或肋紋面的捲筒來收集以該質材形成的“襪狀物”，該些襪狀物係定時地從工具上切下並捲成吾人所需之直徑。

本發明所揭露之方法包含添加硝酸銅及/或硝酸鐵(III)做為燃燒催化劑，並同時將纖維素纖維質材浸泡於硝酸鉀溶液中。

本發明所揭露之方法更包含進一步的厭水處理，其作法為將厚度50-80微米的漆膜覆蓋在已乾燥及/或已成型為所需尺寸與形狀、具有1-2%含水量的產品上。

在較佳的情況下，本發明最好使用硝化纖維(通常用於家具上光漆)與環氧類亮漆做為厭水劑來對產物進行表面處理。

本發明所提出之組成物在燃燒過程中纖維素會受熱分解，形成煤灰骨架，其活化了硝酸鉀的分解。纖維 素的熱分解會消耗相當大的熱能，但因為其燃燒熱相對較小，故本發明所提出之組成物在燃燒時不會產生火焰，且燃燒後的產物不會特別熱。此現象代表其有潛力顯著減輕並簡化滅火氣膠產生器的構造，因為我們並不需要用到笨重的氣膠冷卻劑。

本發明組成物中的纖維素分子結構的含氧量最高可佔其質量的50%，其可明顯將該組成物的α氧平衡提高至0.7-0.9。此特性可將燃燒產物中有毒的一氧化碳降低至合理的程度。組成物中亦可使用燃燒催化劑(像是水溶性硝酸銅及硝酸鐵)來進一步促進此一氧化碳降低的現象。

在本發明中，使用催化劑可使組成物燃燒的線性速度提高約20-25%。

本發明所揭露組成物之滅火性質測試是在一乾淨且完全密封的9公升容器中進行。

為此目的，容器中會點燃一充滿汽油的酒精燈，接著引入“片塊”或扭曲織物形式的定量物質。上述酒精燈於密封容器中不受干擾的自由燃燒時間約略超過3分鐘。如果該物質被點燃後能在40-60秒之內熄滅，則其實驗結果會被認為是有利的。在本發明中，滅火濃度係訂為上述片塊或織物的起始重量除以該容器體積之結果。

測試樣本的表面溫度係利用熱電偶來測量。本發明所提出之組成物的性質估計結果則表列於表二中。

表二

如前方所提到的，氣膠的滅火效果與溫度及其燃燒期間化學反應的完成度有關。該化學反應的完成度亦決定了氣膠的污染程度，如其中熱媒粒及一氧化碳的濃度。固態物質混合物中的化學反應完成度係與其顆粒的接觸面有關，換言之，在其他的變數維持固定下，愈小的反應顆粒以及該組成物混合的愈均勻，所能得到的化學反應完成度就愈高。對於製作本發明氣膠生成式組成物而言這是非常重要的技術點。

在本發明所揭露的製造方法中，纖維素纖維質材係利用將該材料浸泡於硝酸鉀之熱飽和溶液中的方式來與硝酸鉀結合，其透過纖維素從該溶液中吸收硝酸鉀的方式使該成分均勻分佈，藉以提供本發明組成物的安全製造方法。

上述纖維素纖維質材於硝酸鉀熱飽和溶液中的溶脹處理為時7-10分鐘，並最後會再進行初步的脫水處理至40-60%的含水量。

上述纖維素纖維質材接著會進一步脫水至1-2%的含水量；例如以加熱至攝氏95-105度的熱空氣吹拂，並將其纏繞成具有吾人所需尺寸之捲狀物。

本發明所揭露方法的另一項技術成果係為使用纖維素材料來增加氣膠生成式質材處理方法的多樣性，具體來說，其分別能夠使用輥鍛、平板輥軋或擠壓成形等方式製成。

之所以能使用上述方法是因為製作紙張需要將木質纖維磨碎成較短薄的纖維，但其相較起始的纖維而言具有較高度的不對稱性(長度與截面之間的關係)。除了 使纖維分裂外，亦會同時發生原始結構的破壞與非晶化現象。這種組合給予表面層較高的可塑度。要從潮濕且彈性的紙漿中製造出強韌的紙幅，其處理重點在於使其分子間的關係改變，其可藉由當水分從質材上移除以纖維素鏈之間的分子間吸引力取代毛細管力(表面張力)來達成。在纖維素於水中進行二次溶脹期間，纖維素鏈的分子間連結會弱化，使其玻璃轉化溫度降低並獲得可塑性，意即施以較小的力即能流動的能力(Pankov.S.P Fiberous polymer materials.M：Himiya,1986.)。

吸收硝酸鉀後的濕熱纖維素紙質會使用受熱後的基質施加30至150MPa的水壓。受壓後片塊的直徑及含水量分別為10-35mm及其質量的8-10%。該片塊會進一步以熱空氣乾燥至1-2%的含水量。

帶有硝酸鉀的濕熱纖維素紙質會在加熱至攝氏80-100℃的平滑(縱向)肋紋捲筒上進行平板輥軋。從輔助捲筒收集“襪狀物”並將其水分降至1-2%後，上述捲筒便會停止旋轉，而該襪狀物會從該捲筒上切下並纏繞成所需直徑。

之後我們可以利用特定的亮漆來為本發明組成物產品進行最後的厭水表面層處理，其乾燥膜厚度為50-80微米。

儘管本發明已於文中經由範例與較佳實施例的形式與觀點來進行描述，但須瞭解本發明並不侷限於此。相反的，其意欲涵蓋對本發明的多種修正與類似配置(對本領域熟習技藝人士而言明顯可知的)。因此，所附加的申請專利範圍之範疇應該被予以最廣泛的詮釋，以涵蓋 所有這類修正與類似的配置。

Claims (11)

1. 一種低溫無焰的氣膠生成式滅火組成物，其包含硝酸鉀、鍵合燃料與做為燃燒催化劑之水溶性硝酸銅及/或硝酸鐵(III)，其中該組成物具有下列質量百分比的比例：該硝酸鉀為30%-70%；及該水溶性硝酸銅及/或硝酸鐵(III)與該纖維素纖維質材為其餘的部分。
2. 如申請專利範圍第1項所述之組成物，更包括以紙張來做為該纖維素纖維質材。
3. 如申請專利範圍第1項中所述之組成物，更包括以棉織物來做為該纖維素纖維質材。
4. 一種如申請專利範圍第1項之低溫無焰氣膠生成式滅火組成物之製造方法，其中當該纖維素纖維質材在熱飽和水溶液中溶脹時，該纖維素纖維質材會浸泡在硝酸鉀溶液中並接著移除過多的水分至40-60%的含水量，再乾燥至1-2%的含水量。
5. 如申請專利範圍第4項中所述之製造方法，其中來自該組成物之產品會成形為需要的尺寸與形狀。
6. 如申請專利範圍第5項中所述之製造方法，其中透過將受到強制熱空氣預先乾燥成1-2%含水量的薄片纏繞成具有所需尺寸之捲狀物的方式來使該產品成形。
7. 如申請專利範圍第5項中所述之製造方法，其中透過使用受熱至攝氏90-95℃之基質施加30-150百萬帕(Mpa)壓力之水壓成形，接著再將該產品乾燥至1-2% 含水量的方式使該產品成形。
8. 如申請專利範圍第5項中所述之製造方法，其中該產品的成形係透過使用加熱至攝氏80-100℃的平滑或肋紋捲筒收集並將材料乾燥至1-2%含水量的方式從該材料製得一“襪狀物”，該“襪狀物”會定時地從工具上切下並接著纏繞成具有所需直徑之捲狀物。
9. 如申請專利範圍第4項中所述之製造方法，其中在該纖維素纖維質材與硝酸鉀的飽和期間中會加入從硝酸銅及/或硝酸鐵(III)中選出的燃燒催化劑。
10. 如申請專利範圍第4項中所述之製造方法，其中在將產品乾燥及/或成形為具有1-2%含水量的所需尺寸及形狀後，該產品表面會以厭水劑來進行處理，像是利用乾膜厚度為50-80微米的亮漆。
11. 如申請專利範圍第10項中所述之製造方法，其中用於對該產品表面進行厭水處理的亮漆包括硝化纖維與環氧類亮漆。