CN108421196A - 一种三相泡沫灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相泡沫灭火剂及其制备方法，属于灭火剂技术领域。本发明通过对膨胀蛭石进行剥离处理，利用碳纳米管桥接层状结构，阻碍可燃气体和氧气进一步的进入和释放，协同稀土元素，起到有效的抑烟效果，再将其与泡沫灭火剂复合，蛭石片层固有刚性和热膨胀阻隔性能够有效增强泡沫的热稳定性，显著提升泡沫的抗烧能力和对油面的封闭作用，且无机盐分解吸热使汽油表面的温度降低，受热分解生成二氧化碳和氨气，并且汽油火焰因得不到足够汽油蒸汽的补给而变小，同时，由于表面活性剂的加入，在灭火过程中会有大量泡沫的生成，覆盖在汽油表面，隔断了氧气，燃盘中的汽油温度已经降低，没有多余的蒸汽逸出，无法维持上方火焰，最终使火焰熄灭。

Description

一种三相泡沫灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种三相泡沫灭火剂及其制备方法，属于灭火剂技术领域。

背景技术

目前国内外扑灭油品火灾最常用的手段就是利用泡沫灭火剂控制火情。泡沫灭火剂是由水、表面活性剂、发泡剂和稳定剂等助剂经由专门消防设施或装备按固定比例与空气混合喷射发泡而得。泡沫灭火剂一般为气（空气）和液（水及泡沫液）两相构成。作为扑灭油品火灾的首选灭火材料，泡沫灭火剂通过生成的泡沫铺展在油面上起到隔绝空气和降低油气挥发速率的作用。按照泡沫液与水混合的比例，泡沫灭火剂可分为3%型和6%型等；按其使用场所和特点可分为A类泡沫灭火剂和B类泡沫灭火剂；按合成泡沫的基质分类可分为蛋白型泡沫灭火剂和合成泡沫灭火剂；根据发泡效果不同泡沫灭火剂也可分为发泡倍数在20倍以下的低倍数泡沫灭火剂、发泡倍数小于200倍的中倍数泡沫灭火剂和发泡倍数大于200倍的高倍数泡沫灭火剂，其中低倍数泡沫灭火剂应用最为普遍；根据配方以及应用范围又可分为蛋白泡沫灭火剂（P）、抗溶氟蛋白泡沫灭火剂（F）、水成膜泡沫灭火剂（AFFF）、抗醇泡沫灭火剂（AR）等类型。

泡沫灭火剂是由灭火泡沫液（液相）利用专用消防设施混入空气（气相）发泡制得，由于在泡沫灭火剂中添加了耐烧粉体形成包含空气、水和固体微粒的固、液、气三相共存的泡沫体系所以称之为三相泡沫。

相比于传统的气液两相泡沫，由于固体微粒的加入势必将影响液膜中水的析出速度及泡沫的稳定性，此外固体颗粒的性质特别是表面特性也会对液膜强度和液膜的稳定性有很大影响。

两相泡沫是由许多单一气泡聚集而成，每个气泡之间存在一层主要是水分的液膜。当泡沫扑灭火焰时，泡沫体系受到火焰热辐射作用，气泡间的液膜中水份将不断蒸发，气泡会不断破裂，因此其热稳定性和耐烧性很差。三相泡沫中的液膜中充斥着粉体粒子，当泡沫受到火焰等热辐射作用时，一方面大量粒子在液膜中形成三维网络结构，起到了支撑的作用，增强了液膜的稳定性能，另一方面即使气泡破碎后剩余的固体微粒仍然不会破灭，颗粒随液膜的破灭而沉积在下层泡沫表面，从而起到隔绝热量防止泡沫进一步破裂的作用，进而提高了三相泡沫的热稳定性和耐烧性。所以三相泡沫相比于传统的气液两相泡沫具有良好的泡沫稳定性及泡沫抗烧能力，有望在火场扑救油品火灾中发挥更大的优势。虽然泡沫成本低廉，能够有效的防灭煤矿火灾，不过当外界环境高于80℃后，其泡沫强度明显下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有三相泡沫灭火剂在外界环境温度升高后，其泡沫强度明显下降，不适于油品火场高温环境的问题，提供了一种三相泡沫灭火剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种三相泡沫灭火剂，包括下述重量份原料组成：20～24份改性可膨胀蛭石，3.2～3.6份十二烷基苯磺酸钠，3.0～3.2份十二烷基甜菜碱，1.2～1.5份十二烷基磺酸钠，1.8～2.4份聚乙二醇2000，0.8～1.2份碳酸氢钠，1.8～2.4份氯化铵，1.0～1.2份尿素，120～150份去离子水。

所述改性可膨胀蛭石为表面处理液均匀喷洒在预处理可膨胀蛭石表面，混合均匀后在120～130℃下干燥制得。

所述表面处理液与预处理可膨胀蛭石的质量比为1：5～1：20。

所述表面处理液由1～2重量份全氟辛酸钠，2～3重量份全氟辛基磺酸钠，1～2重量份十六烷基三甲氧基硅烷，200～300重量份乙二醇组成。

所述预处理可膨胀蛭石为可膨胀蛭石、多壁碳纳米管、硝酸镧加入去离子水中混匀，并装入胶体磨中研磨剥离，再加入碳酸氢铵搅拌反应后过滤得滤渣，将滤渣风干后烘烤制得。

所述物料重量份为100～200份可膨胀蛭石，1～2份多壁碳纳米管，0.5～1.2份硝酸镧，300～400份去离子水，40～60份碳酸氢铵。

所述搅拌反应过程为在30～40℃下以200～300r/min搅拌20～30min并静置1～2h。

所述烘烤温度为150～160℃。

一种三相泡沫灭火剂的制备方法，具体步骤为：

（1）将可膨胀蛭石、多壁碳纳米管、硝酸镧加入去离子水中混匀，并装入胶体磨中研磨剥离，再加入碳酸氢铵搅拌反应后过滤得滤渣，将滤渣风干后烘烤2～3h，得预处理可膨胀蛭石；

（2）取全氟辛酸钠、全氟辛基磺酸钠、十六烷基三甲氧基硅烷，加入乙二醇中搅拌均匀，得表面处理液；

（3）取表面处理液均匀喷洒在预处理可膨胀蛭石表面，拌料均匀后静置1～2h，再过滤干燥，冷却至室温得改性可膨胀蛭石；

（4）取改性可膨胀蛭石、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基甜菜碱、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇2000、碳酸氢钠、氯化铵、尿素，加入去离子水中，以300～400r/min搅拌1～2h，静置24～30h后得三相泡沫灭火剂。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过对膨胀蛭石进行剥离处理，并在剥离过程中掺杂稀土和多壁碳纳米管，利用碳纳米管桥接层状结构，起到封堵作用，发挥更好的阻隔效应，阻碍可燃气体和氧气进一步的进入和释放，同时协同稀土元素，起到有效的抑烟效果，再将其与泡沫灭火剂复合，蛭石片层固有刚性和热膨胀阻隔性能够有效增强泡沫的热稳定性，显著提升泡沫的抗烧能力和对油面的封闭作用，且无机盐分解吸热使汽油表面的温度降低，受热分解生成二氧化碳和氨气，起到稀释氧气的作用，并且汽油火焰因得不到足够汽油蒸汽的补给而变小，同时，由于表面活性剂的加入，在灭火过程中会有大量泡沫的生成，覆盖在汽油表面，隔断了氧气，此外，由于已经扩散在空气中未燃烧的汽油蒸汽在上方积聚瞬间燃烧，火焰突然变大，但燃盘中的汽油温度已经降低，没有多余的蒸汽逸出，无法维持上方火焰，最终使火焰熄灭；

（2）本发明利用硅氟链具有既疏水又疏油的特性，通过硅氟表面活性剂对物料表面进行处理，制得流动性好、不被油品浸润、能够在油面上漂浮并自行完成铺展，灭火性能和抗复燃能力较好的粉料，且微小的片层结构能在火焰中受热分解速度加快，捕捉自由基或活性基团能力提高，能够更好地发挥化学抑制的灭火机理。

具体实施方式

取100～200g可膨胀蛭石，1～2g多壁碳纳米管，0.5～1.2g硝酸镧，加入300～400mL去离子水中，以300～400r/min搅拌20～30min后装入胶体磨中研磨剥离3～5h，再加入40～60g碳酸氢铵，在30～40℃下以200～300r/min搅拌20～30min，静置1～2h后过滤得滤渣，将滤渣自然风干后置于马弗炉中，在150～160℃下烘烤2～3h，得预处理可膨胀蛭石，取1～2g全氟辛酸钠，2～3g全氟辛基磺酸钠，1～2g十六烷基三甲氧基硅烷，加入200～300g乙二醇中，以300～400r/min搅拌20～30min，得表面处理液，取10～20g表面处理液装入喷雾器中均匀喷洒在100～200g预处理可膨胀蛭石表面，并以300～400r/min拌料30～40min，静置1～2h后过滤得滤饼，将滤饼置于干燥箱中，在120～130℃下干燥2～3h，冷却至室温得改性可膨胀蛭石，取20～24g改性可膨胀蛭石，3.2～3.6g十二烷基苯磺酸钠，3.0～3.2g十二烷基甜菜碱，1.2～1.5g十二烷基磺酸钠，1.8～2.4g聚乙二醇2000，0.8～1.2g碳酸氢钠，1.8～2.4g氯化铵，1.0～1.2g尿素，加入120～150mL去离子水中，并以300～400r/min搅拌1～2h，静置24～30h后得三相泡沫灭火剂。

取100g可膨胀蛭石，1g多壁碳纳米管，0.5g硝酸镧，加入300mL去离子水中，以300r/min搅拌20min后装入胶体磨中研磨剥离3h，再加入40g碳酸氢铵，在30℃下以200r/min搅拌20min，静置1h后过滤得滤渣，将滤渣自然风干后置于马弗炉中，在150℃下烘烤2h，得预处理可膨胀蛭石，取1g全氟辛酸钠，2g全氟辛基磺酸钠，1g十六烷基三甲氧基硅烷，加入200g乙二醇中，以300r/min搅拌20min，得表面处理液，取10g表面处理液装入喷雾器中均匀喷洒在100g预处理可膨胀蛭石表面，并以300r/min拌料30min，静置1h后过滤得滤饼，将滤饼置于干燥箱中，在120℃下干燥2h，冷却至室温得改性可膨胀蛭石，取20g改性可膨胀蛭石，3.2g十二烷基苯磺酸钠，3.0g十二烷基甜菜碱，1.2g十二烷基磺酸钠，1.8g聚乙二醇2000，0.8g碳酸氢钠，1.8g氯化铵，1.0g尿素，加入120mL去离子水中，并以300r/min搅拌1h，静置24h后得三相泡沫灭火剂。

取150g可膨胀蛭石，1g多壁碳纳米管，0.9g硝酸镧，加入350mL去离子水中，以350r/min搅拌25min后装入胶体磨中研磨剥离4h，再加入50g碳酸氢铵，在35℃下以250r/min搅拌25min，静置1h后过滤得滤渣，将滤渣自然风干后置于马弗炉中，在155℃下烘烤2h，得预处理可膨胀蛭石，取1g全氟辛酸钠，2g全氟辛基磺酸钠，1g十六烷基三甲氧基硅烷，加入250g乙二醇中，以350r/min搅拌25min，得表面处理液，取15g表面处理液装入喷雾器中均匀喷洒在150g预处理可膨胀蛭石表面，并以3500r/min拌料35min，静置1h后过滤得滤饼，将滤饼置于干燥箱中，在125℃下干燥2h，冷却至室温得改性可膨胀蛭石，取22g改性可膨胀蛭石，3.4g十二烷基苯磺酸钠，3.1g十二烷基甜菜碱，1.3g十二烷基磺酸钠，2.1g聚乙二醇2000，1.0g碳酸氢钠，2.1g氯化铵，1.1g尿素，加入135mL去离子水中，并以350r/min搅拌1h，静置27h后得三相泡沫灭火剂。

取200g可膨胀蛭石，2g多壁碳纳米管，1.2g硝酸镧，加入400mL去离子水中，以400r/min搅拌30min后装入胶体磨中研磨剥离5h，再加入60g碳酸氢铵，在40℃下以300r/min搅拌30min，静置2h后过滤得滤渣，将滤渣自然风干后置于马弗炉中，在160℃下烘烤3h，得预处理可膨胀蛭石，取2g全氟辛酸钠，3g全氟辛基磺酸钠，2g十六烷基三甲氧基硅烷，加入300g乙二醇中，以400r/min搅拌30min，得表面处理液，取20g表面处理液装入喷雾器中均匀喷洒在200g预处理可膨胀蛭石表面，并以400r/min拌料40min，静置2h后过滤得滤饼，将滤饼置于干燥箱中，在130℃下干燥3h，冷却至室温得改性可膨胀蛭石，取24g改性可膨胀蛭石，3.6g十二烷基苯磺酸钠，3.2g十二烷基甜菜碱，1.5g十二烷基磺酸钠，2.4g聚乙二醇2000，1.2g碳酸氢钠，2.4g氯化铵，1.2g尿素，加入150mL去离子水中，并以400r/min搅拌2h，静置30h后得三相泡沫灭火剂。

对照例：天津某公司生产的三相泡沫灭火剂。

将实例及对照例的三相泡沫灭火剂进行检测，具体检测如下：

泡沫发泡倍数和析液时间测定：参照泡沫灭火剂国家标准GBT15308-2006，对所产生的泡沫进行性能测试与评价。

泡沫抗溶性能：按一定比例配制泡沫混合液，用电动搅拌器高速搅拌120s后，用25mL移液管量取25mL汽油注入泡沫底部，记录泡沫高度随时间的变化，实验过程中保持搅拌速度、搅拌时间、油品注入位置和注入速度一致。

具体检测结果如表1。

表1性能表征对比表

检测项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					发泡倍数	8.8	8.5	8.0	4.3
析液时间/s	1095	1054	1011	552
					泡沫高度/cm	14.0	13.5	14.1	6.5

由表1可知，本发明制备的三相泡沫灭火剂具有良好的发泡性能、高热稳定性和抗溶性能。

Claims (9)

1.一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，包括下述重量份原料组成：

20～24份改性可膨胀蛭石，3.2～3.6份十二烷基苯磺酸钠，3.0～3.2份十二烷基甜菜碱，1.2～1.5份十二烷基磺酸钠，1.8～2.4份聚乙二醇2000，0.8～1.2份碳酸氢钠，1.8～2.4份氯化铵，1.0～1.2份尿素，120～150份去离子水。

2.如权利要求1所述的一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，所述改性可膨胀蛭石为表面处理液均匀喷洒在预处理可膨胀蛭石表面，混合均匀后在120～130℃下干燥制得。

3.如权利要求2所述的一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，所述表面处理液与预处理可膨胀蛭石的质量比为1：5～1：20。

4.如权利要求2所述的一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，所述表面处理液由1～2重量份全氟辛酸钠，2～3重量份全氟辛基磺酸钠，1～2重量份十六烷基三甲氧基硅烷，200～300重量份乙二醇组成。

5.如权利要求2所述的一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，所述预处理可膨胀蛭石为可膨胀蛭石、多壁碳纳米管、硝酸镧加入去离子水中混匀，并装入胶体磨中研磨剥离，再加入碳酸氢铵搅拌反应后过滤得滤渣，将滤渣风干后烘烤制得。

6.如权利要求4所述的一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，所述物料重量份为100～200份可膨胀蛭石，1～2份多壁碳纳米管，0.5～1.2份硝酸镧，300～400份去离子水，40～60份碳酸氢铵。

7.如权利要求4所述的一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，所述搅拌反应过程为在30～40℃下以200～300r/min搅拌20～30min并静置1～2h。

8.如权利要求4所述的一种三相泡沫灭火剂，其特征在于，所述烘烤温度为150～160℃。

9.如权利要求1～8任意一项所述的一种三相泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）将可膨胀蛭石、多壁碳纳米管、硝酸镧加入去离子水中混匀，并装入胶体磨中研磨剥离，再加入碳酸氢铵搅拌反应后过滤得滤渣，将滤渣风干后烘烤2～3h，得预处理可膨胀蛭石；

（2）取全氟辛酸钠、全氟辛基磺酸钠、十六烷基三甲氧基硅烷，加入乙二醇中搅拌均匀，得表面处理液；

（3）取表面处理液均匀喷洒在预处理可膨胀蛭石表面，拌料均匀后静置1～2h，再过滤干燥，冷却至室温得改性可膨胀蛭石；

（4）取改性可膨胀蛭石、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基甜菜碱、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇2000、碳酸氢钠、氯化铵、尿素，加入去离子水中，以300～400r/min搅拌1～2h，静置24～30h后得三相泡沫灭火剂。