专利名称：森林草原防火专用阻燃剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于先期防范森林草原火灾发生，延缓、阻止森林草原火灾蔓 延，应急扑救森林草原火灾的制剂及其制备方法。
背景技术：
据统计，全球每年发生森林火灾超过22万次，过火总面积3亿公顷 4亿公顷， 烧毁森林面积640万公顷以上，约90亿吨的植物生物量被焚。近期发生在希腊、 美国、澳洲的森林大火，造成巨额财产损失和重大国际影响，直接经济损失数十亿 美元，影响到数百万人正常的生产和生活，造成的生态灾难更是无法估量。特别近 十年来，受气候变暖等因素影响，全球范围森林火灾的发生频率和危害程度明显呈 扩大趋势。
我国年均发生森林火灾1万余起，受害森林面积60多万公顷，因灾伤亡500 多人。2008年冬至2009年3月，我国部分省区遭遇数十年不遇的特大旱情，森林 火险等级持续偏高，森林火灾继续呈现暴发态势。
因雷电等因素发生的森林火灾本是一种自然现象，但是，我国99%以上的森林 火灾是由于人们的生产、生活用火不慎而引起的，其基本特点为由人为明火引燃 森林草原地表火，地表火导致树冠火，在高危火险期如若得不到及时控制就会从小 火蔓延至大火，而一旦形成特大森林火灾，火势即巳失控，目前世界各国均无能为 力。因此管制森林用火，控制地表火的蔓延是我国森林草原防火的重中之重。
我国森林防火方针是"预防为主，积极消灭"，森林火灾预防是防止森林火灾发 生的先决条件。相比于美国、加拿大、葡萄牙等林业发达国家，我国林业仍处于社 会主义初级阶段的较低级层次，森林防火工作也处于初级水平，防火手段原始落后， 预防靠死看死守，扑救靠人海战术，虽然目前林火卫星遥感监控等预警技术得到应 用，但是对于林火进行主动的预判及防范措施依然匮乏。
化学灭火剂是利用化学药剂或粉剂进行灭火或阻滞森林火灾蔓延的方法。
化学灭火剂的灭火原理是通过灭火剂受热分解后产物起降温、成膜、隔绝空气 和稀释氧气的作用，使林火受到抑制或熄灭。
化学灭火剂优点是灭火速度快，效果比直接用水灭火好得多，且复燃率小。此 法可用于直接扑灭地表火、树冠火和地下火等多种森林火灾，也可用于开设防火隔离带。特别是在人烟稀少，交通不便的偏远地区，.利用飞机喷洒化学药剂直接 灭火或阻火，是一项现代化的先进措施。
化学灭火剂分为短效灭火剂和长效灭火剂两类。
短效灭火剂主要以化学物质改变水的性质(稀释和调黏)， 一旦失去水就起不到 灭火阻火作用。药剂施用后，经不住雨水冲洗，不能长期黏附在可燃物上，因而不 能长期保持有效阻燃作用。常用增稠剂有皂土、藻胶、吉尔格德捷母胶合羧甲基 纤维素钠等。
长效灭火剂以水为载体，主要依靠化学药剂灭火，水完全蒸发后，化学药剂能 黏附在可燃物上，在几个月内继续起到阻燃作用，长效灭火剂以磷酸铵或硫酸铵为 主剂，如福斯切克、法尔卓尔、国产的"704"和"75"型灭火剂等。
国产"704"和"75"型灭火剂因黏度小，通常要用皂土等作增稠剂，需专门设 备进行施用前的配置，费时费工，灭火时对灭火装备有特殊要求，且灭火设备易腐 蚀难于维护。
长期大量使用化学灭火剂，会对施用地域生态系统中的动植物产生一定的影响。 化学灭火剂中的防腐剂、增稠剂、色素中有毒物质的残留对环境的影响尤为深远。
化学灭火剂对生态环境的影响主要表现在以下几方面。
1) 对植物和动物的影响
化学灭火剂用在森林灭火后，势必会以各种方式扩散至土壤、地下水及地表水 源扩散，如若灭火剂过量使用且自身降解期长，那么会对土壤化学元素成分及水质 构成极大影响，所造成的后果就是土壤营养成分被人为破坏，直接影响植物生长发 育；各种水源水质发生逆变，水生动植物自然生存环境受到威胁。
长期观测显示，以磷酸铵、硫酸铵为主剂的灭火剂大量喷洒在植被上后，会烧 伤树木叶面，叶面出现黄斑甚至脱落，青草被过度施用后会大面积枯死；发生动物 误食喷洒灭火剂的植物径叶后出现中毒现象。
1987年间，美国和加拿大在森林灭火中使用了大量以磷酸铵、聚酸铵为主剂的 灭火剂，不久后发现施用地域湖泊、河流中出现大量死鱼现象，经检测，死鱼中含 有灭火剂主剂成分，证实所使用的灭火剂为死鱼罪魁祸首。
2) 对土壤的影响
以磷酸铵和硫酸铵为主剂的灭火剂使用后，灭火剂的硫酸根离子在土壤中会以 硫酸的形式存在，使土壤PH值降低，影响植被生长；部分硫酸根与土壤中铁、铜、 锌、镁等元素结合，形成可溶性盐类，极易在雨季被雨水带走，造成土壤营养元素 的流失。
灭火剂中氮元素虽然不能直接引起中毒，但在地壤细菌的作用下，能转变成为
5硝酸或者亚硝酸盐，这些盐被植物吸收并积累，在生长季节的后期，特别是旱季， 植被会表现出中毒现象。 3) 对大气和人的影响
含铵盐的灭火剂起阻燃防火作用时会释放出部分氨气，这是一种无色且具有强 烈刺激性臭味的气体，短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、 痰带血丝、胸闷、呼吸困难，伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重者可发 生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症；同时氨是一种碱性物质，它对所接触的皮肤组织 都有腐蚀和刺激作用，但其对大气的污染程度及对人、动物的影响，远小于森林 火灾所产生的大量有毒烟气。
灭火剂种类繁多，目前面市的灭火剂均是用于灭火，只求在火灾发生后尽量降 低火灾的损失，而真正将化学制剂应用到预防森林火灾发生上的灭火剂，除本发明 阻燃剂外、国内外尚应用案例。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有用于森林灭火剂存在的问题，提供一种专门用于 预防森林草原火灾的发生，延缓、阻止火灾发展和蔓延的阻燃剂及其制备方法，该
阻燃剂环保无毒、易制易用且含有一些肥效成分，可为来年植物的生长提供一定的 养分。
为实现本发明目的， 一方面本发明提供一种阻燃剂，包括以下重量份配比的原 料磷酸10 — 20;尿素5—10;催化剂0.04 — 0.07，其中催化剂包括以下重量份 配比的原料氯化钠0.5 — 0.7;氯化铁0.7 — 1;氯化锌1.0—1.8;氯化锡0.3—0.6;
硫酸铜1.0—1.35;硫酸铝0.5 — 0.7;硼酸0.4 — 0.7。 磷酸的浓度选择85%，尿素的浓度选择46%。 特别是还包括以下重量份配比的辅料软化水14一20重量份。
另一方面，本发明提供上述阻燃剂的制备方法，包括步骤在常压状态使磷酸
和尿素在催化剂的作用下进行聚合反应。
特别是，本发明阻燃剂方法包括以下顺次进行的步骤
1) 把磷酸加入反应釜中，匀速搅拌的同时进行加热，使温度上升至50—60'C;
2) 向反应釜内加入尿素，继续加热搅拌；
3) 在温度上升至.100—11(TC时，向反应釜中加入催化剂，继续加热搅拌；
4) 在温度达到125 — 13(TC时，继续搅拌、加热的同时密切观察釜内原料反应现象， 待反应釜内反应物因反应产生的气体使其体积膨胀排气3—5次后停止加热，开
启冷凝管降温，继续搅拌使反应物充分反应；
5) 当用冷凝管降温至90—10(TC，向反应釜中加入常温软化水14一20重量份，搅拌均匀； 、 6)当釜内温度至70—8(TC，停机开釜取样检测，把产物泵入储蓄罐待封装。 特别是，本发明阻燃剂方法包括以下顺次进行的步骤
1) 把磷酸加入反应釜中，匀速搅拌的同时进行加热，使温度上升至50—6(TC;
2) 向反应釜内加入尿素，继续加热搅拌；
3) 在温度上升至100—11(TC时，向反应釜中加入催化剂，继续加热搅拌；
4) 在温度达到125 — 13(TC时，继续搅拌、加热的同时密切观察釜内原料反应现象， 待反应釜内反应物因反应产生的气体使其体积膨胀排气3 — 5次后停止加热，开 启冷凝管降温，继续搅拌，并倒出产物；
5) 将所得产物干燥后粉碎封装； 其中产物加水稀释后用于森林草原植被阻燃剂的浓度优选为20—25% 。 其中，搅拌的速度控制在75 — 80转/分钟。 本发明阻燃剂的优点体现在以下方面-
1、 高效阻燃将本阻燃剂用普通喷雾设备将其喷洒到需要处理的部位，即能 达到良好的防火阻燃和灭火效果。
2、 环保无毒制造本发明阻燃剂的主要原料是尿素和工业磷酸，均为无毒性 化工原料，生产过程中释放物及成品均无毒。
3、 抑烟性强更重要的是，本阻燃剂可大幅降低有毒烟气的释放量，减轻有 毒烟气对受灾及消防扑救人员伤害，有效降低有毒烟气对环境的污染。
4、 易制易用本阻燃剂的生产设备简单，只需一个脲胶反应釜及配套加热和 冷却系统就能生产，工艺简便易控，常压下反应，安全性极高；该阻燃剂成品只要 按比例加清洁水配制到适当的浓度后，适当搅拌均匀即可使用，极为方便。
5、 性能稳定本阻燃剂储存温度为一12'C—5(TC，适温范围广，我国各地均 可使用；稳定性高，储存期长，粉剂可存储6年以上，液剂可存贮3年以上。
6、 防扑兼备本发明阻燃剂可预先喷洒在植被，如易燃、干枯的树木、草
本植被上，能从源头控制森林草原火灾的发生，同时也可作为应急灭火剂和应急临 时防火隔离带处理剂，从而保护人类宝贵的森林、草原资源。
本发明阻燃剂粉剂为水溶性制剂，可在常温条件下进行药剂的溶解配制
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述制 备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对 本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
7实施例1
1)按以下重量配比进行原料备料:
软化水 200 kg
磷酸(浓度为85%) 105 kg
尿素(含N量46X) 80 kg
催化剂 0.5 kg
其中，催化剂为发明人配制的淡绿色粉剂，通过将氯化钠0.5重量份；氯化铁 0.7重量份；氯化锌1.2重量份；氯化锡0.4重量份；硫酸铜L2重量份；硫酸铝0.5 重量份；硼酸0.6重量份研磨混合均匀而成。
2) 把磷酸加入反应釜中，匀速搅拌的同时进行加热，使温度上升至5(TC;
3) 向反应釜内加入尿素，继续加热搅拌；
4) 在温度上升至11(TC时，向反应釜中加入催化剂，继续加热搅拌；
5) 在温度达到125'C时，继续搅拌、加热的同时密切观察釜内原料反应现象，待 反应釜内反应物因反应产生的气体使其体积膨胀排气3 — 5次后停止加热，开启 冷凝管降温，继续搅拌，当釜内温度在最高点开始下降时表明釜内物质反应高 潮已过，此时继续使用冷凝管进行釜内降温，搅拌不停，使反应物充分反应；
6) 当用冷凝管降温使釜内温度至10(TC，向反应釜中加入常温软化水，搅拌均匀；
7) 当釜内温度至7CTC，停机开釜取样检测，把产物泵入储蓄罐待封装。 搅拌时，搅拌速度控制在80转/分钟。
所得产物的产品技术指标-
外观 无色/浅绿色液体
饱和溶液浓度(％) 59
固含(现有工艺条件下，％): 44
PH值(饱和水溶液，22°C) 6.0
粘度(涂—4杯，25°C， S) 11.20
密度(kg/cm3 ) 1240
本发明阻燃剂在使用前，可直接按质量l: 1加清洁水稀释到浓度为22%，搅拌
均匀，用喷雾器将其直接喷洒在需处理植被上即可。
实施例21) 按以下重量配比进行原料备料
磷酸(浓度为85%) 105 kg
尿素(含N量46X) 65 kg
催化剂 0.6 kg
其中，催化剂为发明人配制的淡绿色粉剂，通过将氯化钠0.6重量份；氯化铁 0.8重量份；氯化锌1.0重量份；氯化锡0.6重量份；硫酸铜1.0重量份；硫酸铝0.6 重量份；硼酸0.5重量份研磨混合均匀而成。
2) 把磷酸加入反应釜中，匀速搅拌的同时进行加热，使温度上升至5(TC;
3) 向反应釜内加入尿素，继续加热搅拌；
4) 在温度上升至11(TC时，向反应釜中加入催化剂，继续加热搅拌；
5) 在温度达到125'C时，继续搅拌、加热的同时密切观察釜内原料反应现象，待 反应釜内反应物因反应产生的气体使其体积膨胀排气3—5次后停止加热，开启 冷凝管降温，继续搅拌，当釜内温度开始下降时表明釜内物质反应高潮已过， 此时继续使用冷凝管进行釜内降温，并且搅拌不停，在釜内温度12(TC时，观察 反应物，在反应物液态下放出至移动钢制托盘；
6) 将承载反应物的移动钢制托盘移至抽风车间使反应物降至常温，取出反应物， 移至干燥车间彻底干燥去湿，再至粉碎包装车间对反应物进行粉碎封装； 搅拌时，搅拌速度控制在80转/分钟。
所得产物的产品技术指标
外观 白色粉状
固含(％): 98
堆密度(kg/cm3 ) 750
PH值(饱和水溶液，22°C) 6.0
粘度(饱和水溶液，25°C， S) 11.20
水分(％) 《1
熔点(°C) 107
本发明阻燃剂在使用前，可根据植被情况直接按质量l: 3加清洁水稀释到浓度 为25%，或者按质量l: 4加清洁水稀释到浓度为20%，搅拌均匀，用喷雾器 将其直接喷洒在需处理植被上即可。 实验例1 (防火演示)
实验名称北京市森林火灾扑救应急预案演习科目之三森林草原防火专用阻
燃剂阻燃演示演习单位北京市森林火灾扑救应急预案二级响应联动部门 实验时间2007年3月28日 实验地点解放军阳坊综合训练场
场地描述平缓土地，高80cm左右干枯杂草，盖度80%，风力四级
实验阻燃剂实施例1阻燃剂产品按质量1: 1兑清洁水配制成22%浓度的阻燃
剂
试验工具动力喷雾器、汽油点火器 实验目的
1、 测试经用实验阻燃剂处理过的目标物，在燃烧区草本植物燃烧蔓延至目标 物后对火势的阻隔效果；
2、 用动力喷雾器装备实验阻燃剂，对演习中明火进行扑灭测试，与水的灭火
效果进行对比。
实验设计
火烧字及防火隔离带设置
1、 防火字制作在草地上用绳索打样出每字10米见方的"防火"两字，两字 间隔4米，用实验阻燃剂，装备动力喷雾器对"防火"两字内的草本植物进 行雾化喷洒，要求喷洒做到雾化效果好，对目标均匀喷洒且无遗漏，并待喷 洒后的实验阻燃剂完全干透。
2、 阻燃隔离带设置在"防火"两字垂直距离4米处周边，用绳索打样出2
米宽的封闭式长方形阻燃隔离带，阻燃隔离带长32米，宽18米，用实验阻 燃剂，装备动力喷雾器对阻燃隔离带内草本植物进行雾化喷洒，要求同实验 设计l;
3、 燃烧区设置燃烧区为长方形阻燃隔离带内未喷洒实验阻燃剂的草本植物； 燃烧区内点火位置为阻燃隔离带迎风面。
实验阻燃剂喷洒量为4平方米/千克。
实验人员用点火器在迎风面点燃样方周围的枯草。
实验结果-
1、 "防火"两字基本完好；
2、 阻燃隔离带完好无损；
3、 燃烧区内所有草本植物焚烧殆尽。
4、 与水对比测试阻燃剂经雾化后喷洒在明火上明火即刻熄灭，无复燃现象 发生，燃烧物产生的烟气量明显比用水扑灭明火减少。实验结果表明，本发明的森林草原防火专用阻燃剂对于火灾的阻燃性能非常优 越，且用于应急直接灭火效果也远大于水。
实验例2(实地应用试验)
实验名称森林草原防火专用阻燃剂珲春实地应用试验
实验单位吉林省延边州珲春林业局森林防火指挥部
实验时间2008年10月7日
实验地点E:13(T 33' 19〃 N:42° 31' 03"珲春林业局敬信林场110林班4小
班
场地描述山谷平缓地，1.5至2M高丛生芦苇、杂草密实，晴、东风、风力3
级
实验阻燃剂实施例2阻燃剂产品按质量1: 3兌清洁水配制成25%浓度的阻燃
剂
试验工具动力喷雾器、汽油点火器 实验目的
林场实地测试经实验阻燃剂处理过的目标物，在燃烧区植被燃烧蔓延至目标物 后对火势的阻隔能力，确证阻燃剂的实地应用效果。
实验设计
1、 防火阻燃隔离带用绳索打样出5米宽、边长为25米的封闭式正方形防火 阻燃隔离带，隔离带内为燃烧区，用实验阻燃剂，装备动力喷雾器对阻燃隔 离带内草本植物进行雾化喷洒，要求喷洒做到雾化效果好，对目标均匀喷洒 且无遗漏，并待喷洒后的实验阻燃剂完全干透。
2、 燃烧区设置燃烧区为边长20M的正方形，为边长25米正方形阻燃隔离带 内未喷洒实验阻燃剂的草本植物；燃烧区内点火位置为阻燃隔离带迎风面。
实验阻燃剂喷洒量为2平方米/千克。
实验人员用点火器在迎风面点燃样方周围的枯草。
实验结果
1、 阻燃隔离带完好无损；
2、 燃烧区内草本植物基本焚烧殆尽。
实验结果表明，森林草原防火专用阻燃剂实地应用效果与前期演示测试结果相 同，非常适合森林草原防火部门使用。 实验例3 (天气因素测试)
本阻燃剂为水溶性制剂，雨、雪、霜、露等自然现象势必会给阻燃剂的阻燃性
11能产生不同程度影响。为此，发明人与河北三河市林业局合作，于2007年9月至 2008年8月，在河北三河市林业局部分林管地段进行。
实验设计
1、 选用实施例2的产品，用清洁水配制成浓度为25。/。的阻燃剂；
2、 在三河市选择三处林相特征主要为灌木、杂草(盖度为60 80%)林管地 段，各设置四处5米见方样地，用实验设1阻燃剂对总共12块样(编号)地进 行喷洒，喷洒量为2平方米/千克；
3、 根据天气情况，如雨雪后对编号样地进行抽样点火测试，以检测阻燃剂经上 述天气因素影响后的阻燃效果。
2007年9月至2008年8月测试期间，三河市气候特征为2007年9月底到10 月中旬持续15天的历史同期罕见连阴雨、12月持续10天的历史同期罕见持续大雾； 2008年元月至3月不时有间断小雪，7月中旬至8月中旬出现多次强降雨。
实验结果在连阴雨天气下，样地在10天时候的阻燃效果有所降低，过火程度 为48%，但仍能起到阻燃隔离火势的作用；在持续大雾情况下，样方的对火的阻燃 效果基本不受影响；多场小雪过后至开春溶雪结束，样地的过火程度为30%，样地 的阻燃性能依然不错，小雪对阻燃剂的影响也不大；2008年7月中旬以后的强降雨 过程中，抽取了6块样地进行测试，过火程度严重，测试表明，多次的强降雨对阻 燃剂的阻燃性能影响是比较大的。
这次实验说明，在没有强降雨情况下，阻燃剂在一个防火期内(半年)能很好 的起到预防火灾隔离火势的作用，从实验周期气候条件来看，阻燃剂能很好地适应 当地的防火期规划(我国北方的防火期多为头年10月初到第二年的5月底)，配合 当地各项防火措施，特别是重点防火地段的预先规划喷洒阻燃剂，能更好地起到减 少火灾发生机率，降低火灾损失的作用。
"预防为主，积极消灭"是我国森林防火的方针，森林火灾预防是防止森林火灾 发生的先决条件，本发明阻燃剂作为森林草原消防的新技术，可使我国森林草原的 消防工作更为积极主动，目标更为名确。
权利要求
1、一种阻燃剂，其特征在于包括以下重量份配比的原料磷酸10—20；尿素5—10；催化剂0.04—0.07。
2、 如权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于所述催化剂包括以下重量份配比的 原料氯化钠0.5 —0.7;氯化铁0.7—1;氯化锌1.0—1.8;氯化锡0.3—0.6;硫酸铜1.0—1.35;硫酸铝0.5—0.7;硼酸0.4—0.7。
3、 如权利要求1或2所述的阻燃剂，其特征在于还包括以下重量份的辅料软化水14一20。
4、 一种如权利要求1至3任一所述的阻燃剂的制备方法，其特征在于常压状态使 磷酸和尿素在催化剂的作用下进行聚合反应。
5、 一种如权利要求1或2所述的阻燃剂的制备方法，其特征在于包括以下顺次进 行的步骤1) 把磷酸加入反应釜中，匀速搅拌的同时进行加热，使温度上升至50—6(TC;2) 向反应釜内加入尿素，继续加热搅拌；3) 在温度上升至100 — 11(TC时，向反应釜中加入催化剂，继续加热搅拌；4) 在温度达到125 — 130'C时，继续搅拌、加热的同时密切观察釜内原料反应现象， 待反应釜内反应物因反应产生的气体使其体积膨胀排气3 — 5次后停止加热，开启冷凝管降温，继续搅拌至反应完毕；5) 当用冷凝管降温至90—10(TC，向反应釜中加入常温软化水14一20重量份，搅 拌均匀；6) 待釜内温度至70—8(TC，停机开釜取样检测，把产物泵入储蓄罐待封装。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括步骤向所述产物中加水稀释到 浓度为40 — 50% 。
7、 如权利要求5或6所述的方法，其特征在于所述搅拌的速度控制在75 — 80转/ 分钟。
8、 如权利要求1或2所述的阻燃剂的制备方法，其特征在于包括以下顺次进行的步骤 .1) 把磷酸加入反应釜中，匀速搅拌的同时进行加热，使温度上升至50 — 60'C;2) 向反应釜内加入尿素，继续加热搅拌；3) 在温度上升至100—11(TC时，向反应釜中加入催化剂，继续加热搅拌；4) 在温度达到125 — 13(TC时，继续搅拌、加热的同时密切观察釜内原料反应现象， 待反应釜内反应物因反应产生的气体使其体积膨胀排气3 — 5次后停止加热，开 启冷凝管降温，继续搅拌，并倒出产物；5) 将所得产物干燥后粉碎封装。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于所述搅拌的速度控制在75 — 80转/分钟。
全文摘要
本发明公开了一种森林草原防火专用阻燃剂及其制备方法，其包括以下重量分配比的原料磷酸10-20；尿素5-10；催化剂0.04-0.079。由磷酸和尿素在常压下通过催化剂的作用进行聚合反应制备成粉剂或液剂，设备简单、制备快捷、使用方便，具有良好的阻燃防火和应急灭火效果，且具有较强附着性、渗透性，防火效果持久。将其预先喷洒在有植被覆盖的防火隔离带上，如易燃或干枯的树木、灌木、草本植被上，可以从源头上阻止火灾的发生。也可迅速配制成喷洒药剂，作为应急灭火剂或者临时处理应急防火隔离带之用。其稳定性高，环保无毒，适温范围广，适用于不同气温条件的地域环境；储存期长，粉剂可存储6年以上，液剂可存贮3年以上。
文档编号C09K21/14GK101508899SQ200910119708
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者刘明辉, 杰 肖 申请人:刘明辉;肖 杰