灭火用矿物－水悬浮液的制作方法
专利名称：灭火用矿物－水悬浮液的制作方法
技术领域：
本发明涉及扑灭和预防火灾用材料，更确切说，涉及灭火用矿物-水悬浮液。
已知一些旨在预防火灾、限制已发生的火灾蔓延和成功扑灭各种类型和烈度的火灾的国家的和公共的设施系统。这些系统的组成部分为研制新的灭火工具，其中包括含生态学上清洁的天然组分的各种材料，并且要求高效和低成本。
水是众所周知的灭火工具，但是水只能用于灭火而不能用于预防火灾。而且水的效率不高导致消耗量大。例如，扑灭森林火灾时要求的水量约为12～15kg/m2，这并不是经常能在现场条件下实现的。
还已知各种加在水中的阻滞剂(缓燃剂)溶液，然而，阻滞剂通常为复杂的化合物(例如磷酸氢二胺为基的化合物)，它们污染环境，并且要求使用复杂的生产工艺、复杂的混合和运送设备(复杂结构的贮罐和浇洒装置、制备过程的电子计算机控制)。所有这些导致了灭火过程的成本剧增，并在极大程度上降低了它们用于防火目的的可能性。
还已知一些含天然组分例如，含砂子、粘土和水的灭火用水悬浮液，(SU,A 494 164,A6 201/10,1973年；SU,A,626 780,A6 201/10,1976年)。
其中，已知的水悬浮液(SU,A,626 780)含有下列比例(重量％)的上述组分砂子5～20粘土1～5水余量。
上述组分为生态学上洁净的和价廉的产品。然而它们具有相当低的粘附性和隔离性，这就使之不能在水完全蒸发前在被处理表面上保持潮湿，并且不能可靠地隔离热解产物。这是因为砂子为疏松的岩石，基本上由各种矿物颗粒和尺寸为100～5000μm的碎岩粒组成并含有少量尺寸为10～100μm的松砂和粘土颗粒杂质(后者不大于3％)。在溶液中存在上述不溶于水的大颗粒组分导致在悬浮液中形成沉淀，这也成为灭火设备(导管、浇洒装置等)的磨料。此外，虽然粘土的存在改善了组分的粘附性，然而砂子的存在实际抵消了这些性能，因为砂子具有高的松散性和不允许在被处理的表面上保持悬浮液的组分(特别是水)。
所有上述缺点限制了将上述悬浮液优先用于扑灭和防止草原火灾。
本发明的目的是创制一种灭火用矿物-水悬浮液，其组分可保证提高粘附和隔离性能，从而可将其用于扑灭和预防火灾。
达到上述目的的方法是提出灭火用矿物-水悬浮液含有粘土和水，并且按本发明还补充含有与粘土重量比相应为1∶1至1∶10的水玻璃。
加入水玻璃大大提高了本发明的悬浮液的粘附性和隔离性。这是因为水玻璃具有高的粘附性，很好地溶于水，不会导致形成沉淀和可以将粘土颗粒保持在悬浮状态。同时水玻璃与粘土结合将水保持在被处理表面上直至水完全蒸发，而与该表面与水平线的倾角无关。此外，在被处理表面上的水蒸发后形成了氧化硅面层，它可以阻止氧通向火源，并阻止能量由火源向内移动，从而限制火势蔓延，也阻止能量向火源移动，从而防止复燃的可能性。
提出的悬浮液的上述性能使其可用于扑灭不同种类和烈度的火灾，即城市火灾-扑灭居民和生产建筑物火灾，以及其他行政、科研、教学等工程项目的火灾；森林和草原火灾-直接扑灭这类火灾，并防止邻近区域遭受此种火灾。
油田火灾以及由于事故和天灾引起的分装石油产品的火灾。
在上述情况下使用提出的悬浮液，其效果比使用水高几个数量级。例如在扑灭森林火灾时水的消耗量为每平方米燃烧面积12～15kg，而使用本发明的悬浮液达到同样效果的消耗量为每平方米0.12～0.15kg，这样就大大降低了扑灭火灾特别是扑灭强烈的和规模巨大的火灾的消耗。
此外，提出的悬浮液的上述质量使得可以大大扩大它的应用范围，即不仅可用于灭火，还可用于防火，例如将其覆盖在建筑物和厂房内部的可燃材料的表面，以及将其冷却和隔离与火源相邻的表面。
为了扑灭不同种类的火灾，最好使用下列比例的含水玻璃的悬浮液玻璃与粘土的重量比相应为(1∶1)～(1∶6)，在悬浮液中水玻璃和粘土的总含量为20～60重量％，余量为水。
为了预防火灾最好使用下列比例的含水玻璃的悬浮液∶水玻璃与粘土的重量比相应为(1∶4)～(1∶10)，在悬浮液中水玻璃和粘土的总含量为60～80(重量％)，余量为水。
在这种情况下悬浮液可能是有下列含量的组分(重量％)水玻璃7～16粘土3～37水余量。
本发明的灭火用矿物-水悬浮液具有高的粘附性和隔离性，可使其既可用于扑灭不同种类和烈度的火灾，又可用于预防目的的防火。
本发明提出的灭火用矿物-水悬浮液含有水玻璃、粘土和水。同时悬浮液所含水玻璃的量保证它与粘土的重量比相应为(1∶1)～(1∶10)，即悬浮液中1份重量水玻璃比1～10份重量粘土。而且，以灭火为目的最好使用含有1份重量水玻璃比1～6份重量粘土(重量比相应为(1∶1)～(1∶6))的悬浮液，而以预防为目的最好使用含有1份重量水玻璃比4～10份重量粘土(重量比相应为(1∶4)～(1∶10))的悬浮液。
悬浮液中水玻璃和粘土的总含量在20～80(重量)％范围内，余量为水。同时悬浮液中组分的含量(重量％)如下水玻璃7～16粘土13～72水余量。
使用的水玻璃可以是例如硅酸钠或硅酸钾水溶液。
在上述的水玻璃、粘土和水的比例下每个粘土颗粒被水玻璃溶液湿润并保持在悬浮状态。
这样就保证了悬浮液的均匀性，并促进喷雾时碎化成滴，因为水玻璃降低了悬浮液的表面张力。
如果悬浮液中水玻璃与粘土的重量比小于1∶1，则水玻璃数量不足，不能将全部粘土颗粒保持在悬浮状态，从而降低了悬浮液的隔离性。
如果悬浮液中粘土与水玻璃的重量比大于10∶1，则难以将悬浮液涂到被处理表面上，并且难以使悬浮液保持在此表面上，因为粘土量大时大大提高了水蒸发时悬浮液的松散性。
如果悬浮液中水玻璃含量减少至少于7(重量)％，则会降低保持粘土颗粒处于悬浮状态的效果。此外，水玻璃含量的上述减少可能导致悬浮液隔离性的降低，因为它可能在水蒸发后不足以在被处理表面上形成氧化硅面层。
如果水玻璃含量增加至大于16(重量)％，则悬浮液的密度增大，这可能导致向火源供送困难。
如果悬浮液中粘土含量减少至小于13(重量)％，则悬浮液的粘附性降低，结果是在水份完全蒸发前难以将其保持在被处理表面上。
如果粘土含量增加至大于72(重量)％，则在将其转化为细小弥散状态并获得均匀悬浮液方面会出现问题，从而难以将其供送至火源。此外，在此情况下悬浮液的粘度过高。
本发明提出的悬浮液按如下方法制备。
首先在水中溶化水玻璃，然后在所获溶液内加入粘土并搅拌，例如在水泥搅拌机中搅拌至均匀状态。为了缩短配制时间，最好将粘土预先粉碎。
所获悬浮液为显微不均匀的自由弥散系统，其弥散介质为水，而弥散相为水玻璃和粘土，而且后两者的比例可在上述的宽范围内变化，这对于悬浮液的灭火和防火性能无重大影响。这时悬浮液具有高的粘附性和隔离性。
如以上所述悬浮液中组分的重量比取决于其用途，即用于灭火还是用于防火。
因此，例如对于扑灭居民建筑物火灾最好使用粘土和水玻璃总含量低(约20(重量)％，余量为水)的悬浮液，因为主要的任务是冷却火源。与此同时，与火源邻接的建筑物的墙壁最好用这两种组分总含量高(约60～80(重量)％，余量为水)的悬浮液覆盖。在扑灭企业、仓库、货栈等工程项目的火灾时应持类似观点。
在扑灭森林和草原火灾时，最好使用粘土和水玻璃总含量为40～60(重量)％的悬浮液，因为模拟的和人为引发的实际森林火灾的试验表明，该成分具有良好的冷却性能(细弥散状态的水保持在热表面上)和隔离性能(粘土和水玻璃的量足够大)。
上述范围内的水含量是由悬浮液的用途决定的，当水含量降低至低于下限或增加至高于上限时都导致需要增加或减少悬浮液中的弥散相，从而产生上述不良后果。
所获得的悬浮液可用现有各种方法喷洒(例如借助水泵、由飞机或直升机浇洒)。最有效的使用方法是使用爆炸的或蓄压器的能量(例如空气、火药)，因为这种方法可将悬浮液弥散为直径小于10μm的小滴，从而大大增加了与火焰相互作用的表面。
为了更好理解本发明下面列出一些具体的实施例。
用上述方法配制所提出的含有不同组分含量的悬浮液。然后用木试样测定其防火性能，所述木试样为除去头部的标准火柴杆。将木试样涂上不同组分含量的本发明悬浮液，并放入气体喷枪的火焰中(喷枪火焰温度为1150±20℃)，测定试样燃烧前或开始阴燃前的时间，因为在大多数情况下，水蒸发后便在试样上形成水玻璃和粘土的固溶体的面层。这时面层内的温度不足以点燃试样，而仅会引起缓慢的阴燃，其特点是由试样两端的面层下面冒烟。
为了进行比较，用相似方法测定用水预先处理过的试样的点燃时间。
下表以实例形式列出体积约0.04m3的悬浮液中不同的组分比例，以及点燃(阴燃开始)前的时间，为了进行比较，在实例No.31中给出了用水处理过的试样点燃前的时间。
表
由所列实例可以看出，预先用本发明的任何组分含量的悬浮液处理过的试样点燃前的时间为用水处理过的试样所需点燃时间的约1.5倍至6倍以上。
此外，在试样表面上形成的水玻璃和粘土的坚硬面层有力地证明提出的悬浮液具有高的粘附性和隔离性。
提出的发明可以用作发生不同种类和烈度的火灾即城市火灾、森林和草原火灾和油田火灾时的灭火或防火工具，此外，提出的悬浮液可用于预防火灾，以及用于防止与火源邻接的工程项目被点燃，其方法是将悬浮液涂在各种建筑物内的可燃材料制件的表面上或位于火源附近的表面上。
权利要求
1．一种含有粘土和水的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它补充含有与粘土重量比相应为1∶1至1∶10的水玻璃。
2．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它含有与粘土重量比相应为1∶1至1∶6的水玻璃。
3．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它含有与粘土重量比相应为1∶4至1∶10的水玻璃。
4．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它的组分含有下列比例，重量％水玻璃和粘土的总含量20～80水余量
5．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它的组分含有下列比例，重量％水玻璃7～16粘土13～72水余量
全文摘要
本发明提出的灭火用矿物－水悬浮液可用于扑灭和预防不同种类和烈度的火灾,它含有水玻璃、粘土和水,而且其水玻璃含量为水玻璃与粘土的重量比相应为1∶1至1∶10。
文档编号A62D1/00GK1219137SQ97194829
公开日1999年6月9日 申请日期1997年4月24日 优先权日1996年5月24日
发明者亚力山大·I·古罗夫, 列昂尼德·A·奥德诺沃尔, 亚力山大·N·瑟特尼科夫 申请人:国立莫斯科航空技术大学K·E·齐奥尔科夫斯基国际基金管理机构
技术领域：
本发明涉及扑灭和预防火灾用材料，更确切说，涉及灭火用矿物-水悬浮液。
已知一些旨在预防火灾、限制已发生的火灾蔓延和成功扑灭各种类型和烈度的火灾的国家的和公共的设施系统。这些系统的组成部分为研制新的灭火工具，其中包括含生态学上清洁的天然组分的各种材料，并且要求高效和低成本。
水是众所周知的灭火工具，但是水只能用于灭火而不能用于预防火灾。而且水的效率不高导致消耗量大。例如，扑灭森林火灾时要求的水量约为12～15kg/m2，这并不是经常能在现场条件下实现的。
还已知各种加在水中的阻滞剂(缓燃剂)溶液，然而，阻滞剂通常为复杂的化合物(例如磷酸氢二胺为基的化合物)，它们污染环境，并且要求使用复杂的生产工艺、复杂的混合和运送设备(复杂结构的贮罐和浇洒装置、制备过程的电子计算机控制)。所有这些导致了灭火过程的成本剧增，并在极大程度上降低了它们用于防火目的的可能性。
还已知一些含天然组分例如，含砂子、粘土和水的灭火用水悬浮液，(SU,A 494 164,A6 201/10,1973年；SU,A,626 780,A6 201/10,1976年)。
其中，已知的水悬浮液(SU,A,626 780)含有下列比例(重量％)的上述组分砂子5～20粘土1～5水余量。
上述组分为生态学上洁净的和价廉的产品。然而它们具有相当低的粘附性和隔离性，这就使之不能在水完全蒸发前在被处理表面上保持潮湿，并且不能可靠地隔离热解产物。这是因为砂子为疏松的岩石，基本上由各种矿物颗粒和尺寸为100～5000μm的碎岩粒组成并含有少量尺寸为10～100μm的松砂和粘土颗粒杂质(后者不大于3％)。在溶液中存在上述不溶于水的大颗粒组分导致在悬浮液中形成沉淀，这也成为灭火设备(导管、浇洒装置等)的磨料。此外，虽然粘土的存在改善了组分的粘附性，然而砂子的存在实际抵消了这些性能，因为砂子具有高的松散性和不允许在被处理的表面上保持悬浮液的组分(特别是水)。
所有上述缺点限制了将上述悬浮液优先用于扑灭和防止草原火灾。
本发明的目的是创制一种灭火用矿物-水悬浮液，其组分可保证提高粘附和隔离性能，从而可将其用于扑灭和预防火灾。
达到上述目的的方法是提出灭火用矿物-水悬浮液含有粘土和水，并且按本发明还补充含有与粘土重量比相应为1∶1至1∶10的水玻璃。
加入水玻璃大大提高了本发明的悬浮液的粘附性和隔离性。这是因为水玻璃具有高的粘附性，很好地溶于水，不会导致形成沉淀和可以将粘土颗粒保持在悬浮状态。同时水玻璃与粘土结合将水保持在被处理表面上直至水完全蒸发，而与该表面与水平线的倾角无关。此外，在被处理表面上的水蒸发后形成了氧化硅面层，它可以阻止氧通向火源，并阻止能量由火源向内移动，从而限制火势蔓延，也阻止能量向火源移动，从而防止复燃的可能性。
提出的悬浮液的上述性能使其可用于扑灭不同种类和烈度的火灾，即城市火灾-扑灭居民和生产建筑物火灾，以及其他行政、科研、教学等工程项目的火灾；森林和草原火灾-直接扑灭这类火灾，并防止邻近区域遭受此种火灾。
油田火灾以及由于事故和天灾引起的分装石油产品的火灾。
在上述情况下使用提出的悬浮液，其效果比使用水高几个数量级。例如在扑灭森林火灾时水的消耗量为每平方米燃烧面积12～15kg，而使用本发明的悬浮液达到同样效果的消耗量为每平方米0.12～0.15kg，这样就大大降低了扑灭火灾特别是扑灭强烈的和规模巨大的火灾的消耗。
此外，提出的悬浮液的上述质量使得可以大大扩大它的应用范围，即不仅可用于灭火，还可用于防火，例如将其覆盖在建筑物和厂房内部的可燃材料的表面，以及将其冷却和隔离与火源相邻的表面。
为了扑灭不同种类的火灾，最好使用下列比例的含水玻璃的悬浮液玻璃与粘土的重量比相应为(1∶1)～(1∶6)，在悬浮液中水玻璃和粘土的总含量为20～60重量％，余量为水。
为了预防火灾最好使用下列比例的含水玻璃的悬浮液∶水玻璃与粘土的重量比相应为(1∶4)～(1∶10)，在悬浮液中水玻璃和粘土的总含量为60～80(重量％)，余量为水。
在这种情况下悬浮液可能是有下列含量的组分(重量％)水玻璃7～16粘土3～37水余量。
本发明的灭火用矿物-水悬浮液具有高的粘附性和隔离性，可使其既可用于扑灭不同种类和烈度的火灾，又可用于预防目的的防火。
本发明提出的灭火用矿物-水悬浮液含有水玻璃、粘土和水。同时悬浮液所含水玻璃的量保证它与粘土的重量比相应为(1∶1)～(1∶10)，即悬浮液中1份重量水玻璃比1～10份重量粘土。而且，以灭火为目的最好使用含有1份重量水玻璃比1～6份重量粘土(重量比相应为(1∶1)～(1∶6))的悬浮液，而以预防为目的最好使用含有1份重量水玻璃比4～10份重量粘土(重量比相应为(1∶4)～(1∶10))的悬浮液。
悬浮液中水玻璃和粘土的总含量在20～80(重量)％范围内，余量为水。同时悬浮液中组分的含量(重量％)如下水玻璃7～16粘土13～72水余量。
使用的水玻璃可以是例如硅酸钠或硅酸钾水溶液。
在上述的水玻璃、粘土和水的比例下每个粘土颗粒被水玻璃溶液湿润并保持在悬浮状态。
这样就保证了悬浮液的均匀性，并促进喷雾时碎化成滴，因为水玻璃降低了悬浮液的表面张力。
如果悬浮液中水玻璃与粘土的重量比小于1∶1，则水玻璃数量不足，不能将全部粘土颗粒保持在悬浮状态，从而降低了悬浮液的隔离性。
如果悬浮液中粘土与水玻璃的重量比大于10∶1，则难以将悬浮液涂到被处理表面上，并且难以使悬浮液保持在此表面上，因为粘土量大时大大提高了水蒸发时悬浮液的松散性。
如果悬浮液中水玻璃含量减少至少于7(重量)％，则会降低保持粘土颗粒处于悬浮状态的效果。此外，水玻璃含量的上述减少可能导致悬浮液隔离性的降低，因为它可能在水蒸发后不足以在被处理表面上形成氧化硅面层。
如果水玻璃含量增加至大于16(重量)％，则悬浮液的密度增大，这可能导致向火源供送困难。
如果悬浮液中粘土含量减少至小于13(重量)％，则悬浮液的粘附性降低，结果是在水份完全蒸发前难以将其保持在被处理表面上。
如果粘土含量增加至大于72(重量)％，则在将其转化为细小弥散状态并获得均匀悬浮液方面会出现问题，从而难以将其供送至火源。此外，在此情况下悬浮液的粘度过高。
本发明提出的悬浮液按如下方法制备。
首先在水中溶化水玻璃，然后在所获溶液内加入粘土并搅拌，例如在水泥搅拌机中搅拌至均匀状态。为了缩短配制时间，最好将粘土预先粉碎。
所获悬浮液为显微不均匀的自由弥散系统，其弥散介质为水，而弥散相为水玻璃和粘土，而且后两者的比例可在上述的宽范围内变化，这对于悬浮液的灭火和防火性能无重大影响。这时悬浮液具有高的粘附性和隔离性。
如以上所述悬浮液中组分的重量比取决于其用途，即用于灭火还是用于防火。
因此，例如对于扑灭居民建筑物火灾最好使用粘土和水玻璃总含量低(约20(重量)％，余量为水)的悬浮液，因为主要的任务是冷却火源。与此同时，与火源邻接的建筑物的墙壁最好用这两种组分总含量高(约60～80(重量)％，余量为水)的悬浮液覆盖。在扑灭企业、仓库、货栈等工程项目的火灾时应持类似观点。
在扑灭森林和草原火灾时，最好使用粘土和水玻璃总含量为40～60(重量)％的悬浮液，因为模拟的和人为引发的实际森林火灾的试验表明，该成分具有良好的冷却性能(细弥散状态的水保持在热表面上)和隔离性能(粘土和水玻璃的量足够大)。
上述范围内的水含量是由悬浮液的用途决定的，当水含量降低至低于下限或增加至高于上限时都导致需要增加或减少悬浮液中的弥散相，从而产生上述不良后果。
所获得的悬浮液可用现有各种方法喷洒(例如借助水泵、由飞机或直升机浇洒)。最有效的使用方法是使用爆炸的或蓄压器的能量(例如空气、火药)，因为这种方法可将悬浮液弥散为直径小于10μm的小滴，从而大大增加了与火焰相互作用的表面。
为了更好理解本发明下面列出一些具体的实施例。
用上述方法配制所提出的含有不同组分含量的悬浮液。然后用木试样测定其防火性能，所述木试样为除去头部的标准火柴杆。将木试样涂上不同组分含量的本发明悬浮液，并放入气体喷枪的火焰中(喷枪火焰温度为1150±20℃)，测定试样燃烧前或开始阴燃前的时间，因为在大多数情况下，水蒸发后便在试样上形成水玻璃和粘土的固溶体的面层。这时面层内的温度不足以点燃试样，而仅会引起缓慢的阴燃，其特点是由试样两端的面层下面冒烟。
为了进行比较，用相似方法测定用水预先处理过的试样的点燃时间。
下表以实例形式列出体积约0.04m3的悬浮液中不同的组分比例，以及点燃(阴燃开始)前的时间，为了进行比较，在实例No.31中给出了用水处理过的试样点燃前的时间。
表
由所列实例可以看出，预先用本发明的任何组分含量的悬浮液处理过的试样点燃前的时间为用水处理过的试样所需点燃时间的约1.5倍至6倍以上。
此外，在试样表面上形成的水玻璃和粘土的坚硬面层有力地证明提出的悬浮液具有高的粘附性和隔离性。
提出的发明可以用作发生不同种类和烈度的火灾即城市火灾、森林和草原火灾和油田火灾时的灭火或防火工具，此外，提出的悬浮液可用于预防火灾，以及用于防止与火源邻接的工程项目被点燃，其方法是将悬浮液涂在各种建筑物内的可燃材料制件的表面上或位于火源附近的表面上。
权利要求
1．一种含有粘土和水的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它补充含有与粘土重量比相应为1∶1至1∶10的水玻璃。
2．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它含有与粘土重量比相应为1∶1至1∶6的水玻璃。
3．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它含有与粘土重量比相应为1∶4至1∶10的水玻璃。
4．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它的组分含有下列比例，重量％水玻璃和粘土的总含量20～80水余量
5．按照权利要求1所述的灭火用矿物-水悬浮液，其特征在于它的组分含有下列比例，重量％水玻璃7～16粘土13～72水余量
全文摘要
本发明提出的灭火用矿物－水悬浮液可用于扑灭和预防不同种类和烈度的火灾,它含有水玻璃、粘土和水,而且其水玻璃含量为水玻璃与粘土的重量比相应为1∶1至1∶10。
文档编号A62D1/00GK1219137SQ97194829
公开日1999年6月9日 申请日期1997年4月24日 优先权日1996年5月24日
发明者亚力山大·I·古罗夫, 列昂尼德·A·奥德诺沃尔, 亚力山大·N·瑟特尼科夫 申请人:国立莫斯科航空技术大学K·E·齐奥尔科夫斯基国际基金管理机构
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