CN110639156A - 一种无氟环保高效型水成膜泡沫灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灭火剂技术领域，具体涉及一种灭火剂组合物及其制备和应用。本发明所述的灭火剂组合物，包括有机硅表面活性剂、碳氢表面活性剂、有机助溶剂、泡沫添加剂等成分。其主要的优势在于：泡沫灭火剂中不含氟碳表面活性剂，使用聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂和/或聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂，在环保性的基础上，采用阴离子型、非离子型、两性型碳氢表面活性剂的复合物进行复配，能够达到更好的泡沫性能和灭火性能，通过多种组分的共同调节、剂量搭配，达到较低的表面张力、较好的发泡稳泡性、高效的灭火性能，弥补有机硅表面活性剂发泡稳泡性能相对较差的特点，能够达到在油面铺展的界限，易降解绿色环保，常应用于熄灭油火。

Description

一种无氟环保高效型水成膜泡沫灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及灭火剂技术领域，具体涉及一种无氟环保高效型水成膜泡沫灭火剂组合物及其制备和应用。

背景技术

泡沫灭火剂是现在常用的控制火灾的灭火剂，传统水成膜泡沫灭火剂主要成分是氟碳表面活性剂，能够明显降低表面张力，使得该灭火剂可以采用“液相喷射”的方法扑救大型油类产品贮罐的火灾，也可以与干粉灭火剂联用灭火，其灭火速度比蛋白泡沫灭火剂快三分之一，但是使用后在环境中难以降解；其中，含氟硫酸盐、磺酸盐已经被国家明令禁止使用，氟碳表面活性剂已逐渐停止使用；目前国内外大部分精力在合成碳链数相对较少的氟碳类表面活性剂，但是其可降解性能和灭火性能是否能够达到要求，仍然是一个未知数。

现有中国专利文献CN109364421公开了一种绿色环保无氟泡沫灭火剂，包括羟丙基甲基纤维素、复合微生物多糖、改性有机硅表面活性剂、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、谷氨酸N，N-二乙酸四钠、水溶性聚磷酸铵、丙二醇、乙二醇、异丙醇和水，即能够保证灭火效率高，还能够兼顾对环境的影响，相比传统的表面活性剂，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)具有较高的发泡稳泡性、较低的成本，但是具有刺激性、低毒性；受高热易分解放出一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、其他硫化物、氧化物等有毒气体；排放到水中难以在自然环境中自然降解，易使水产生异味和大量泡沫，影响水体的氧气交换，加快水体富氧化速率，产生生物毒性。SDBS随饮用水进入人体能刺激体重增加、加快肝脏合成胆固醇的速度，研究发现SDBS对水中正常生活生物如海洋桡足类生物有急性毒性作用，更有研究表明直链型烷基苯磺酸钠(LAS)能使小鼠***畸变率明显提高，但是如果不使用SDBS，又会使得泡沫灭火剂发泡性能不稳定，灭火效率不够。

综上所述，需要制备出一种安全环保又具有足够灭火效率的灭火剂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的水成膜泡沫灭火剂对环境有害和发泡性能不稳定的技术问题，提供了一种既安全环保又具有足够灭火效率的无氟环保高效型水成膜泡沫灭火剂组合物及其制备和应用。

本发明公开了一种一种水成膜泡沫灭火剂，以所述灭火剂组合物的总质量计，包括以下成分：

有机硅表面活性剂1-5wt％，

增稠剂0-0.1wt％，

抗烧剂2-4wt％，

助溶剂5-10wt％，

防腐剂0.5-1.5wt％，

抗冻剂5-10wt％，

螯合剂0.1-1wt％，

还包括碳氢表面活性剂复合物，所述碳氢类表面活性剂复合物包括非离子型表面活性剂1-10wt％、两性离子型表面活性剂3-20wt％和阴离子型表面活性剂2-15wt％。

可选的，所述有机硅表面活性剂包括聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂和/或聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂。

可选的，所述聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂包括有机硅表面活性剂8008、有机硅表面活性剂2235、有机硅表面活性剂5211和有机硅表面活性剂0193中的一种或多种；所述聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂包括有机硅表面活性剂8030、有机硅表面活性剂2232、有机硅表面活性剂408中的一种或多种。

可选的，所述碳氢非离子型表面活性剂包括烷基糖苷APG；所述两性离子表面活性剂包括椰油酰胺丙基甜菜碱；所述阴离子型表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES、α-烯基磺酸钠AOS、十二烷基硫酸钠K12中的一种或者多种。

可选的，所述增稠剂为黄原胶。

可选的，所述抗烧剂包括聚乙二醇、羟乙基纤维素、改性淀粉和羧甲基纤维素中的一种或多种。

可选的，所述助溶剂为乙二醇。

可选的，所述防腐剂为苯甲酸钠。

可选的，所述抗冻剂为尿素。

可选的，所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠。

本发明还公开了一种制备所述灭火剂组合物的方法，包括以下步骤：

S1：向工业软水中依次加入有机硅表面活性剂、碳氢表面活性剂复合物、抗冻剂，充分溶解形成均相溶液；

S2：将增稠剂、抗烧剂、防腐剂、螯合剂与助溶剂混合，在搅拌条件下缓慢倒入所述均相溶液中，搅拌得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH为7.0-8.5，静置，得到所述灭火剂组合物。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明所述的灭火剂组合物，包括有机硅表面活性剂，还包括碳氢表面活性剂复合物，所述碳氢类表面活性剂复合物包括非离子型表面活性剂、两性离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂，使用聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂和/或聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂代替传统氟碳表面活性剂，在环保性的基础上，配合不同的碳氢类表面活性剂经过复配之后形成的复合物，能够达到更好的泡沫性能和灭火性能，通过多种组分的共同调节，剂量的搭配，达到较低的表面张力、较好的发泡稳泡性、高效的灭火性能。阴离子碳氢表面活性剂一般具有最高的发泡性、稳泡性，但是加入量较多时，会持续增加泡沫液表面张力，降低灭火效果；两性离子型、非离子型的表面活性剂与离子型具有较好的配合效果，使泡沫排液时间增加、液膜厚度降低，从而增加了体系的泡沫稳定性。非离子型表面活性剂***两性表面活性剂离子中间，能够增加气液表面的表面活性分子间作用力，进一步增加泡沫稳定性，并且降低泡沫液表面张力，弥补有机硅表面活性剂发泡稳泡性能相对较差的特点，能够达到在油面铺展的界限，常应用于熄灭油火，而且可以在环境中易降解，是一种绿色环保型水成膜泡沫灭火剂。

2.本发明所述的灭火剂组合物，选用聚醚改性聚硅氧烷型表面活性剂和/或聚醚三硅氧烷型有机硅表面活性剂，具有较低的表面张力和更好的耐酸碱性。

3.本发明所述的灭火剂组合物，所有助剂均选择符合环保降解性、无生物毒性，且能够增强泡沫灭火剂的泡沫稳定性、抗烧性、储存性的各种助剂；增稠剂黄原胶的加入能够增加表面膜的粘度和弹性，从而增强表面膜的机械强度，起到稳定泡沫的作用；防腐剂苯甲酸钠的加入能够增加水成膜泡沫灭火剂的杀菌、抑菌效力，延长产品的保质期；抗冻剂尿素的加入能够增加降低水成膜泡沫灭火剂的凝固点，保证在低温下使用；同时使用尿素作为抗冻剂能够降低对金属的腐蚀性，提高产品贮存性；具有助溶作用，能够提高有机成分的溶解性和分散性。

4.本发明所述的灭火剂组合物制备方法，工艺简单，成本低廉，易于工业化生产，实用性好。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例公开了一种灭火剂组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：在反应釜中加入工业软水753kg，在机械搅拌条件下依次加入聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂8008 5kg、聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂8030 5kg；碳氢类非离子型表面活性剂烷基糖苷APG 10kg、碳氢类两性离子型表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱CAB 30kg、碳氢类阴离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES 20kg，尿素100kg，充分溶解形成均相溶液；

S2：将增稠剂黄原胶1kg，抗烧剂聚乙二醇5kg、羟乙基纤维素5kg、改性淀粉5kg和羧甲基纤维素5kg，防腐剂苯甲酸钠5kg，螯合剂乙二胺四乙酸二钠1kg等成分与助溶剂乙二醇50kg混合，在搅拌条件下缓慢倒入S1步骤中的均相溶液中，以500rpm转速搅拌2小时得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液pH值值为7.0-8.5，静置后即得所述灭火剂组合物。

实施例2

本实施例公开了一种灭火剂组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：在反应釜中加入工业软水285kg，在机械搅拌条件下依次加入聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂8008 10kg、有机硅表面活性剂2235 10kg、有机硅表面活性剂521110kg、有机硅表面活性剂0193 10kg；聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂8030 5kg、有机硅表面活性剂2232 5kg；碳氢类非离子型表面活性剂烷基糖苷APG 100kg，碳氢类两性离子型表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱CAB 200kg，碳氢类阴离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES 50kg、α-烯基磺酸钠AOS 50kg、十二烷基硫酸钠K12 50kg；尿素50kg，充分溶解形成均相溶液；

S2：将抗烧剂聚乙二醇10kg、羟乙基纤维素10kg、改性淀粉10kg和羧甲基纤维素10kg，防腐剂苯甲酸钠15kg，螯合剂乙二胺四乙酸二钠10kg等成分与助溶剂乙二醇100kg混合，在搅拌条件下缓慢倒入S1步骤中的均相溶液中，搅拌2小时得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH值为7.0-8.5，静置后即得所述灭火剂组合物。

实施例3

本实施例公开了一种灭火剂组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：在反应釜中加入工业软水398kg，在机械搅拌条件下依次加入有机硅表面活性剂2235 20kg，有机硅表面活性剂5211 20kg；碳氢类非离子型表面活性剂APG 80kg，碳氢类两性离子型表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱CAB150kg，碳氢类阴离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES 120kg；尿素80kg，充分溶解形成均相溶液；

S2：将抗烧剂聚乙二醇8kg、羟乙基纤维素8kg、改性淀粉8kg和羧甲基纤维素8kg，防腐剂苯甲酸钠12kg，螯合剂乙二胺四乙酸二钠8kg等成分与助溶剂乙二醇80kg混合，在搅拌条件下缓慢倒入S1步骤中的均相溶液中，搅拌2小时得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH值为7.0-8.5，静置后即得所述灭火剂组合物。

实施例4

本实施例公开了一种灭火剂组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：在反应釜中加入工业软水576kg，在机械搅拌条件下依次加入有机硅表面活性剂5211 20kg；有机硅表面活性剂408 10kg；碳氢类非离子型表面活性剂烷基糖苷APG50kg，碳氢类两性离子型表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱CAB 100kg，碳氢类阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠K12 100kg；尿素50kg，充分溶解形成均相溶液；

S2：将黄原胶1kg，抗烧剂羟乙基纤维素20kg、改性淀粉10kg和羧甲基纤维素10kg，防腐剂苯甲酸钠15kg，螯合剂乙二胺四乙酸二钠8kg等成分与助溶剂乙二醇80kg混合，在搅拌条件下缓慢倒入S1步骤中的均相溶液中，搅拌2小时得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH值为7.0-8.5，静置后即得所述灭火剂组合物。

实施例5

本实施例公开了一种灭火剂组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：在反应釜中加入工业软水610kg，在机械搅拌条件下依次加入有机硅表面活性剂5211 10kg、有机硅表面活性剂0193 10kg；有机硅表面活性剂80305kg、有机硅表面活性剂2232 5kg；碳氢类非离子型表面活性剂APG 40kg，碳氢类两性离子型表面活性剂CAB140kg，碳氢类阴离子型表面活性剂α-烯基磺酸钠AOS 50kg；尿素50kg，充分溶解形成均相溶液；

S2：将黄原胶1kg，抗烧剂聚乙二醇4kg、羟乙基纤维素4kg、改性淀粉4kg和羧甲基纤维素4kg，防腐剂苯甲酸钠5kg，螯合剂乙二胺四乙酸二钠8kg等成分与助溶剂乙二醇50kg混合，在搅拌条件下缓慢倒入S1步骤中的均相溶液中，搅拌2小时得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH值为7.0-8.5，静置后即得所述灭火剂组合物。

对比例1

本对比例公开了一种灭火剂组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：在反应釜中加入工业软水398kg，在机械搅拌条件下依次加入有机硅表面活性剂2235 20kg；聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂2232 20kg；碳氢类非离子型表面活性剂APG350kg，尿素80kg，充分溶解形成均相溶液；

S2：将抗烧剂聚乙二醇8kg、羟乙基纤维素8kg、改性淀粉8kg和羧甲基纤维素8kg，防腐剂苯甲酸钠12kg，螯合剂乙二胺四乙酸二钠8kg等成分与助溶剂乙二醇80kg混合，在搅拌条件下缓慢倒入S1步骤中的均相溶液中，搅拌2小时得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH值为7.0-8.5，静置后即得所述灭火剂组合物。

对比例2

本对比例公开了一种灭火剂组合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：在反应釜中加入工业软水516kg，在机械搅拌条件下依次加入两性氟碳表面活性剂C8F 40kg；碳氢类非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9150kg，碳氢阴离子表面活性剂SDBS 110kg，尿素70kg，充分溶解形成均相溶液；

S2：将抗烧剂羟乙基纤维素12kg、改性淀粉10kg，防腐剂苯甲酸钠10kg，螯合剂乙二胺四乙酸二钠12kg等成分与助溶剂乙二醇70kg混合，在搅拌条件下缓慢倒入S1步骤中的均相溶液中，搅拌2小时得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH值为7.0-8.5，静置后即得所述灭火剂组合物。

测试例1

将实施例1-5和对比例1所述灭火剂组合物与水混合，制成质量分数6％的溶液，密封于容器的样品在60±2℃下保存7天，在室温(20±5℃)放置1天，为温度处理，将处理前后的样品进行性能评价。

表1实施例1-5和对比例1所述灭火剂组合物的性能评价

测试结论：在温度处理前后，实施例灭火剂组合物的表面张力、发泡倍率和pH均性能优异且稳定，表面张力在温度处理前后的偏差≤10％，发泡倍率在温度处理前后的偏差≤20％，25％析液时间在温度处理前后的偏差≤20％，相对于对比例，实施例所述的灭火剂组合物性质更稳定和均衡。

测试例2灭火实验

测试按照GB 15308-2006《泡沫灭火剂》附录A用于泡沫性能和灭火性能质量控制的小型试验所述灭火实验步骤进行，其中灭火剂组合物配制成如测试例1所述的质量分数为6％的水溶液。

燃料类型为120#橡胶工业用溶剂油，符合SH0004的要求；钢制油盘，内径(565±5)mm，深度(150±5)mm，壁厚2.5mm，油盘面积0.25m²，圆锥底高度为(30±5)mm。

向泡沫溶液储罐施加(0.7±0.03)MPa的压力，调节7mm流量调节头，使其直向的泡沫流量为(725～775)g/min(以6s的喷射量确定流量)。调节泡沫枪的位置，使枪保持水平并高出油盘上沿150mm，是泡沫液落在油盘中央。用水洗净油盘，加入9L燃料，在抗烧罐中加入1L燃料，放在安全处。打开排风装置。加入燃料在5min内点燃油盘，预燃(60±5)s，开始供泡。记录90％控火时间(自供泡开始至火焰高度降低到0.3～0.4m的时间)、灭火时间(自供泡开始至火焰全部熄灭的时间，强释放状态)。供泡(180±2)s，等待(60±5)s，将装有1L燃料的抗烧罐放在油盘中央并点燃。记录100％抗烧时间，记录数据如表2所示。

表2实施例1-5和对比例1所述灭火剂组合物的灭火性能评价

测试结论：本发明所述灭火剂组合物灭火时间均符合标准值(≤3min)，其抗烧时间也均符合标准(≥10min)，而对比例所述的灭火剂，灭火时间长，抗烧时间短。

测试例3

测试按照GB 21856-2008《化学品快速生物降解性二氧化碳产生试验》实验步骤进行，其中灭火剂组合物配制成如测试例1所述的质量分数为6％的水溶液。

将去除CO₂的空气以30～100mL/min的流量给悬浮液曝气开始试验。实验前10d每隔1～2d测定一次CO₂，其后至少每5d应进行一次，直到28d，以确定十天观察期和降解率。测定CO₂时，拆下直接与试验烧瓶相连的氢氧化钡吸收瓶，其余吸收瓶顺序前移，并在末端连接一个新吸收瓶。拆下的吸收瓶，以酚酞作指示剂用0.05mol/L HCl滴定，根据Ba(OH)₂浓度的变化确定CO₂产生量。

式中：V为滴定Ba(OH)₂所用的HCl体积单位为(mL)；TOC为加入受试物的总有机碳含量(mg)。

表3实施例1-5和对比例1所述灭火剂组合物的生物降解率

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	对比例2
								生物降解率(％)	99.9	99.8	99.8	99.9	99.9	99.8	98.5

测试结论：本发明灭火剂组合物质量分数为6％时有机成分小于4.2％，其生物降解率菌达到99.6％以上，有机成分的降解率达到95％以上，是一种绿色环保的灭火剂组合物。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种水成膜泡沫灭火剂，其特征在于，以所述灭火剂组合物的总质量计，包括以下成分：

有机硅表面活性剂1-5wt％，

增稠剂0-0.1wt％，

抗烧剂2-4wt％，

助溶剂5-10wt％，

防腐剂0.5-1.5wt％，

抗冻剂5-10wt％，

螯合剂0.1-1wt％，

还包括碳氢表面活性剂复合物，所述碳氢类表面活性剂复合物包括非离子型表面活性剂1-10wt％、两性离子型表面活性剂3-20wt％和阴离子型表面活性剂2-15wt％。

2.根据权利要求1所述灭火剂组合物，其特征在于，所述有机硅表面活性剂包括聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂和/或聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂。

3.根据权利要求1-2所述灭火剂组合物，其特征在于，聚醚改性聚硅氧烷型有机硅表面活性剂包括有机硅表面活性剂8008、有机硅表面活性剂2235、有机硅表面活性剂5211和有机硅表面活性剂0193中的一种或多种；所述聚醚三硅氧烷有机硅表面活性剂包括有机硅表面活性剂8030、有机硅表面活性剂2232、有机硅表面活性剂408中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一项所述灭火剂组合物，其特征在于，所述碳氢非离子型表面活性剂包括烷基糖苷APG；所述两性离子表面活性剂包括椰油酰胺丙基甜菜碱；所述阴离子型表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES、α-烯基磺酸钠AOS、十二烷基硫酸钠K12中的一种或者多种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的灭火剂组合物，其特征在于，所述增稠剂为黄原胶。

6.根据权利要求1-5任一项所述的灭火剂组合物，其特征在于，所述抗烧剂包括聚乙二醇、羟乙基纤维素、改性淀粉和羧甲基纤维素中的一种或多种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的灭火剂组合物，其特征在于，所述助溶剂为乙二醇。

8.根据权利要求1-7任一项所述的灭火剂组合物，其特征在于，所述防腐剂为苯甲酸钠。

9.根据权利要求1-8任一项所述的灭火剂组合物，其特征在于，所述抗冻剂为尿素。

10.根据权利要求1-9任一项所述的灭火剂组合物，其特征在于，所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠。

11.一种制备权利要求1-10任一项所述灭火剂组合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：向工业软水中依次加入有机硅表面活性剂、碳氢表面活性剂复合物、抗冻剂，充分溶解形成均相溶液；

S2：将增稠剂、抗烧剂、防腐剂、螯合剂与助溶剂混合，在搅拌条件下缓慢倒入所述均相溶液中，搅拌得到澄清均一溶液；

S3：调节溶液的pH为7.0-8.5，静置，得到所述灭火剂组合物。