CN113101589A - 一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灭火材料技术领域，具体公开了一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法。本发明所述高效环保型泡沫灭火剂的原料为如下质量百分比的组份：5％‑10％短碳链非离子氟碳表面活性剂，1％‑5％温敏性高聚物，10％‑20％烷基糖苷，5％‑10％甜菜碱，1％‑5％稳泡剂、0.5％‑1％缓蚀剂、1％‑5％抗冻剂、0.1％‑2％pH缓冲剂，余量为去离子水。该环保高效的泡沫灭火剂易降解，不具生物累积性，对环境友好，安全性能好；同时可以快速隔绝氧气，延长水的滞留时间，迅速冷却降温，提升了水的利用率和灭火效果，灭火效率高，速度快且防复燃能力强。

Description

一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及灭火材料技术领域，尤其涉及一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法。

背景技术

电力变压器内部含有上百吨烃类矿物绝缘油，发生故障时极易发生火灾。火灾会引发大面积长时间停电事故，造成极为恶劣的社会影响。大型油田、化工厂等易燃液体挥发性强、燃烧热值高，具有流淌性和喷溅性，一旦被点燃，燃烧速度极快，扑灭难度极大。且烃类液体燃烧会产生的有毒有害物质，会严重危害人们的生命安全，给人们的生产生活造成巨大损失。水成膜泡沫灭火剂是当前扑灭易燃液体B类火灾最常用的灭火方式。

水成膜泡沫灭火剂主要采用的氟碳表面活性剂主要是全氟辛基磺酰氟衍生物(通称为PFOS)，该类表面活性剂能够迅速降低水的表面张力，使泡沫能在烃类油品表面迅速铺展并形成稳定的液膜，起到隔绝空气、迅速降温和抑制油品挥发等作用，可快速灭火。但PFOS类氟碳表面活性剂会破坏生态环境，危害生物体，且难以降解，还具有远距离的环境迁移能力，已被***列入受控名单。不仅如此，现有的泡沫灭火剂在扑灭火灾时，很容易在灭火剂还未到达燃烧油品表面时，已经被火焰的高温蒸发掉，达不到灭火的效果，且余焰随时都有可能再次引燃易燃液体，出现复燃的情况。

因此，亟待研发一种对环境友好，并具有优良灭火效果的泡沫灭火剂，以替代存在上述问题的现有泡沫灭火剂，达到既高效又环保的灭火目的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种高效环保型泡沫灭火剂，所述高效环保型泡沫灭火剂的原料为如下质量百分比的组份：5％-10％短碳链非离子氟碳表面活性剂，1％-5％温敏性高聚物，10％-20％烷基糖苷，5％-10％甜菜碱，1％-5％稳泡剂、0.5％-1％缓蚀剂、1％-5％抗冻剂、0.1％-2％pH缓冲剂，余量为去离子水。

作为优选，所述高效环保型泡沫灭火剂的原料为如下质量百分比的组份：5％～8％短碳链非离子氟碳表面活性剂，1％温敏性高聚物，10％烷基糖苷，5％甜菜碱，1％稳泡剂、0.5％缓蚀剂、3％抗冻剂、0.5％pH缓冲剂，余量为去离子水。

进一步地，所述短碳链非离子氟碳表面活性剂选自具有如下分子式的化合物中的一种或多种：

CF₃(CF₂)_nCH₂O(CH₂CH₂O)_mH，n＝1～5，m＝2～4；

CF₃CHFCF₂CH₂O(CH(CH₃)CH₂O)(CH₂CH₂O)_nH，n＝2～4；

C_nF_2n+1CONH(CH₂CH₂O)_mH，n≤6，m＝2～4；

C₆F₁₃CH₂CH₂S(CH₂CH₂O)₃H。

上述碳氟链长度不大于6个碳的非离子短碳链氟碳表面活性剂，易降解，不具生物累积性，短碳氟链的原料毒性也很低，不会对生态环境造成不可逆性伤害。非离子型氟碳表面活性剂与离子型表面活性剂相比较，前者具有很多独特的优点，在水中不电离，表面活性基本不受电解质、无机盐及pH值等体系外的因素影响，能适应复杂的环境同时，更易溶于有机溶剂。此外，非离子型氟碳表面活性剂具有优异的表面活性性能，能大幅度降低泡沫液的表面张力，迅速在烃类液体表面铺展开。

进一步地，所述温敏性高聚物选自聚丙烯酰胺及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、纤维素及其衍生物中的一种或多种。作为优选，所述温敏性高聚物为聚N-异丙基丙烯酰胺、乙酰化壳聚糖、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。

本发明所采用的温敏性高聚物在高温条件下发生相变产生凝胶状物质，具有较强的吸水性和固水性，较好的附着力以及较高的黏度，能够延长水的滞留时间，迅速冷却降温，并有隔氧、封堵的作用，可以有效提升水的利用率和灭火效果，减少水的使用量。此外，温敏性高聚物均无毒、易降解、生物相容性良好。

进一步地，所述烷基糖苷为烷基R在C8～C16范围内的烷基糖苷。作为优选，所述烷基糖苷选自APG0810、APG1214、APG0814、APG0816、APG1216中的一种或多种。

本发明所采用的烷基糖苷为非离子碳氢表面活性剂无毒、无害、对皮肤无刺激，生物降解迅速彻底，能与非离子氟碳表面活性剂很好的复配，协同增效明显，同时对非离子氟碳表面活性剂发泡能力和泡沫的稳定均有显著改善作用。

进一步地，所述甜菜碱选自十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱、月桂酰胺基丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、十八酰胺基丙基甜菜碱、十二烷基磺丙基甜菜碱、十四烷基磺丙基甜菜碱、十八烷基磺丙基甜菜碱、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱中的一种或多种。甜菜碱为两性离子表面活性剂配伍性好、保湿性强，在酸性及碱性条件下均具有优良的稳定性，生物降解性好。

进一步地，所述的稳泡剂可为本领域常规所述，本发明优选为黄原胶。

进一步地，所述的缓蚀剂可为本领域常规所述，本发明优选为苯并三氮唑。

进一步地，所述的抗冻剂可为本领域常规所述，本发明优选为三乙醇胺磷酸酯。

进一步地，所述的pH缓冲剂可为本领域常规所述，本发明优选为乙二胺四乙酸二钠。

进一步优选，所述高效环保型泡沫灭火剂的原料为如下质量百分比的组份：

5％～8％氟化烷基甜菜碱；1％羟丙基甲基纤维素；10％APG0810；5％椰油酰胺丙基甜菜碱；1％黄原胶；0.5％苯并三氮唑；3％三乙醇胺磷酸酯；0.5％乙二胺四乙酸二钠；余量为去离子水。

第二方面，本发明提供了所述高效环保型泡沫灭火剂的制备方法：将去离子水、短碳链非离子氟碳表面活性剂、烷基糖苷、甜菜碱，加入反应釜中搅拌混匀，再依次将温敏性高聚物、稳泡剂、缓蚀剂、抗冻剂、pH缓冲剂加入到反应釜中，搅拌混均，过滤后得到产品。

进一步地，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将去离子水、短碳链非离子氟碳表面活性剂、烷基糖苷、甜菜碱，加入反应釜中，启动搅拌机及加热装置，加速溶解，充分混合后停机，冷却至室温，得到混合物A；

(2)将温敏性高聚物加入到混合物A中，启动搅拌机，搅拌溶解，充分混合后，得到混合物B；

(3)依次将稳泡剂、缓蚀剂、抗冻剂、pH缓冲剂加入到混合物B中，搅拌混均，得到环保高效的泡沫灭火剂原液，通过过滤，将环保高效的泡沫灭火剂储存在遮光密闭的容器中。

其中，步骤(1)中的加热温度为50～60℃，步骤(3)中的过滤是通过袋式过滤装置，滤膜为1250目，过滤后泡沫灭火剂的粒径约为10μm。

本发明提及到的百分含量如无特殊说明，均指质量百分含量；涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。

本发明的有益效果在于：

本发明巧妙的利用多组份混合搭配，使制备得到的泡沫灭火剂易降解、对环境友好、无污染、无毒无公害，且安全性能好。其中碳氟链长度不大于6个碳的非离子氟碳表面活性剂不会产生PFOS，易降解，不具有生物累积性。

在达到环保需求的同时，本发明提供的泡沫灭火剂性能优异稳定，能灭火效率高，速度快。本发明选用的表面活性剂能大幅降低泡沫液的表面张力，在烃类液体表面快速铺展开，隔绝氧气；温敏性高聚物能相变产生凝胶状物质，延长水的滞留时间，迅速冷却降温，有效提升水的利用率和灭火效果。

此外，本发明泡沫灭火剂制备方法简单，生产工艺稳定便捷，有利于工业化生产。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实验例1中6种灭火剂样品在不同温度下的质量曲线图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

在2吨反应釜中加入70kg C₆F₁₃CH₂CH₂S(CH₂CH₂O)₃H、100kg APG0810、50kg椰油酰胺丙基甜菜碱，之后加入去离子水720kg，启动加热装置，设置加热温度为55℃，加速溶解，启动搅拌机，充分搅拌预溶,停止加热，冷去至室温；然后加入10kg羟丙基甲基纤维素，充分搅拌混匀；再依次加入10kg黄原胶、5kg苯并三氮唑、30kg三乙醇胺磷酸酯、5kg乙二胺四乙酸二钠，充分搅拌混匀后通过袋式过滤装置，滤膜为1250目，过滤后泡沫灭火剂的粒径约为10μm。即可得到样品1。

对比例1

本对比例的泡沫灭火剂与实施例1相比，不同之处在于本对比例中没有添加非离子短碳链氟碳表面活性剂C₆F₁₃CH₂CH₂S(CH₂CH₂O)₃H，本对比例得到样品2。

对比例2

本对比例的泡沫灭火剂与实施例1相比，不同之处在于本对比例中没有添加APG0810，本对比例得到样品3。

对比例3

本对比例的泡沫灭火剂与实施例1相比，不同之处在于本对比例中没有添加羟丙基甲基纤维素，本对比例得到样品4。

对比例4

本对比例的泡沫灭火剂与实施例1相比，不同之处在于本对比例中没有添加椰油酰胺丙基甜菜碱，本对比例得到样品5。

实验例1

1、实验材料

实施例1和对比例1、2、3、4所制备的泡沫灭火剂，以及常规使用的某品牌6％泡沫灭火剂样品6。

2、实验方法及结论

2.1灭火效果的对比

根据国标GB 15308-2006《泡沫灭火剂》中5.10.5.2强施放灭火试验规定的灭火剂灭火试验，以上6种灭火剂样品灭火性能对比如下表1所示。

表1：6种灭火剂样品的有效灭火时间

样品

样品1

样品2

样品3

样品4

样品5

样品6

灭火时间(s)

91

180s无法熄灭

122

119

113

135

由表1可知，样品1的灭火效果最好，且氟碳表面活性剂是决定灭火剂灭火效果最关键的因素，烷基糖苷、甜菜碱、温敏性高聚物是协同影响灭火剂灭火效果的主要因素。

2.2抗烧性能的对比

根据国标GB15308-2005《泡沫灭火剂》第5.10.5.2中的规定的灭火剂抗烧性试验，记录25％的燃料面积被引燃的时间，即25％抗烧时间。以上七种灭火剂的25％抗烧时间对比如下表2所示。

表2：6种灭火剂样品有效抗烧时间

样品

样品1

样品2

样品3

样品4

样品5

样品6

抗烧时间(min)

12

失败

10

11

11

8

由表2可知，氟碳表面活性剂是决定灭火剂防复燃能力的关键组分。

2.3高温蒸发的对比

将6个灭火剂样品均配制质量分数为6％的稀释液，分别称取100g待用；将6种稀释液加热至20℃、40℃、60℃、80℃、100℃，每个温度下保温20分钟并测量灭火液的剩余质量。

经过不同温度加热20min后的灭火液质量变化情况如表3所示。

表3：不同温度加热20min后的灭火剂质量统计表

样品

初始质量

20℃

40℃

60℃

80℃

100℃

样品1

100.09g

99.85g

98.64g

96.40g

93.37g

89.48g

样品2

100.06g

99.73g

98.47g

96.18g

91.69

85.26g

样品3

100.07g

99.45g

98.31g

95.49g

89.56

79.35g

样品4

100.01g

99.31g

98.19g

95.07g

87.23

68.87g

样品5

100.03g

99.53g

98.39g

95.96g

90.57

83.13g

样品6

100.00g

99.33g

98.28g

95.15g

88.15g

69.49g

如图1所示，当加热温度为20℃、40℃和60℃时，6种灭火剂样品都没有产生凝胶，蒸发速率相差不大，80℃开始，加了温敏性高聚物羟丙基甲基纤维素的样品开始产生相变，生成部分凝胶，样品1的蒸发速率最小为0.152g/min，而未添加羟丙基甲基纤维素的样品和某灭火剂样品6没有产生凝胶，样品4的蒸发速率最大为0.355g/min。100℃时，样品1的蒸发速率为0.195g/min，样品6的蒸发速率为0.933g/min，是样品1的4.78倍。显然，羟丙基甲基纤维素凝胶作用能显著降低灭火剂在高温环境下的蒸发速率。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述高效环保型泡沫灭火剂的原料为具有如下质量百分比的组份：5％-10％短碳链非离子氟碳表面活性剂，1％-5％温敏性高聚物，10％-20％烷基糖苷，5％-10％甜菜碱，1％-5％稳泡剂、0.5％-1％缓蚀剂、1％-5％抗冻剂、0.1％-2％pH缓冲剂，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述短碳链非离子氟碳表面活性剂选自具有如下分子式的化合物中的一种或多种：

CF₃(CF₂)_nCH₂O(CH₂CH₂O)_mH，n＝1～5，m＝2～4；

CF₃CHFCF₂CH₂O(CH(CH₃)CH₂O)(CH₂CH₂O)_nH，n＝2～4；

C_nF_2n+1CONH(CH₂CH₂O)_mH，n≤6，m＝2～4；

C₆F₁₃CH₂CH₂S(CH₂CH₂O)₃H。

3.根据权利要求1所述的高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述温敏性高聚物选自聚丙烯酰胺及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、纤维素及其衍生物中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述温敏性高聚物为聚N-异丙基丙烯酰胺、乙酰化壳聚糖、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述烷基糖苷为烷基R在C8～C16范围内的烷基糖苷。

6.根据权利要求5所述的高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述烷基糖苷选自APG0810、APG1214、APG0814、APG0816、APG1216中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述甜菜碱选自十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱、月桂酰胺基丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、十八酰胺基丙基甜菜碱、十二烷基磺丙基甜菜碱、十四烷基磺丙基甜菜碱、十八烷基磺丙基甜菜碱、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于，所述稳泡剂为黄原胶，和/或所述缓蚀剂为苯并三氮唑，和/或所述抗冻剂为三乙醇胺磷酸酯，和/或所述pH缓冲剂为乙二胺四乙酸二钠。

9.权利要求1～8任一项所述高效环保型泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于，将去离子水、短碳链非离子氟碳表面活性剂、烷基糖苷、甜菜碱，加入反应釜中搅拌混匀，再依次将温敏性高聚物、稳泡剂、缓蚀剂、抗冻剂、pH缓冲剂加入到反应釜中，搅拌混均，过滤后得到产品。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将去离子水、短碳链非离子氟碳表面活性剂、烷基糖苷、甜菜碱加入反应釜中后，在40～50℃温度下搅拌混匀。

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