CN113599760B - 一种三元体系泡沫灭火剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及灭煤火用灭火剂技术领域,具体涉及一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;其中,所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的碳氢表面活性剂、0.033~3.33%的有机硅表面活性剂、0.033~3.33%的低碳醇、11%的助溶剂、5~8%的阻燃剂、10%的防冻剂,并补充去离子水至100%。本发明解决了常规泡沫灭火剂泡沫半衰期短,析液、聚并迅速的缺陷,本发明中的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫具有较好的持液能力,且半衰期远超常规泡沫,因而对煤自燃火灾具有良好的灭火效果。
Description
技术领域
本发明属于灭煤火用灭火剂技术领域,具体涉及一种三元体系泡沫灭火剂。
背景技术
煤炭资源在我国能源结构中占据很大比重,在开采、储存、运输过程中,煤炭在空气中发生复杂的氧化放热过程,当放热量大于散热量时,热量的不断积聚致使煤炭自燃灾害的发生,往往造成巨大的资源浪费和人员伤亡。因此,探究有效的防灭火手段具有重要意义。现有技术中的常规泡沫灭火剂存在半衰期短、持液能力较差等问题,影响灭火效果,因此,有待对现有的泡沫灭火剂配方加以改进。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述不足,提供一种三元体系泡沫灭火剂。
为达到上述目的,本发明是按照以下技术方案实施的:
一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;
其中,所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的碳氢表面活性剂、0.033~3.33%的有机硅表面活性剂、0.033~3.33%的低碳醇、11%的助溶剂、5~8%的阻燃剂、10%的防冻剂,并补充去离子水至100%;
所述碳氢表面活性剂、有机硅表面活性剂、低碳醇复配成发泡剂,所述碳氢表面活性剂采用十二烷基硫酸钠(SDS);所述有机硅表面活性剂采用LS-99;所述低碳醇采用乙醇、正丙醇、异丁醇的一种。
优选的,所述助溶剂采用尿素和乙二醇丁醚。
优选的,所述阻燃剂采用多聚磷酸铵(APP)。
优选的,所述防冻剂采用乙二醇。
优选的,所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液按以下方法制备而成:
S1、按配比称取阻燃剂和助溶剂,计算所需去离子水的重量并进行称取,将阻燃剂、助溶剂投入去离子水中并搅拌2min,得到混合液一;
S2、按配比称取碳氢表面活性剂加入混合液一中,搅拌3min,得到混合液二;
S3、按配比量取适量有机硅表面活性剂、低碳醇和防冻剂加入混合液二中,搅拌2min使其混合均匀,得到混合液三;
S4、将混合液三倒入发泡设备进行发泡,得到碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液。
本发明还包括能够使该灭火剂正常制备的其它步骤或装置,均为本领域的常规技术手段;另外,本发明中未加限定的步骤、装置和组件,均采用本领域中的常规技术手段,如泡沫参数测定使用设备为BZY-101自动表面张力测试仪、2151型罗氏泡沫仪和压缩空气泡沫发泡装置,压缩空气泡沫发泡装置由空气压缩机、储液罐、混合发泡腔组成;析液时间测定装置由电子天平、泡沫储存装置组成,电子天平连接电脑,通过数据采集软件采集析液质量变化,时间间隔设置为1s。
本发明的工作原理是:该三元体系泡沫灭火剂中,碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液仅占3%,其余为去离子水,因该配方中表面活性剂和低碳醇对泡沫性能发挥主要作用,其他物质为辅助物质,因此,本发明产生的泡沫可以认为是三元泡沫体系。
该配方中,有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)具有良好的协同增效作用。当有机硅表面活性剂LS-99添加量小于其临界胶束浓度时,有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)复配体系的张力随十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大而逐渐降低。在此情形下,液膜吸附活性剂分子量未达到饱和状态,十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大能够弥补单一活性剂分子的不足,使表面张力先减小,后达到平衡值。当有机硅表面活性剂LS-99添加量大于临界胶束浓度时,张力值随十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大先略有提升,后保持不变。有机硅表面活性剂LS-99单一体系即能发挥降低表面张力的作用,液膜活性剂分子吸附量达到饱和,十二烷基硫酸钠(SDS)的加入和有机硅表面活性剂LS-99的分子发生竞争吸附,使表面张力略有上升。由于有机硅表面活性剂LS-99在此过程中占据主导地位,吸附过程达到动态平衡后,张力再次保持不变,张力值大小趋向于有机硅表面活性剂LS-99。发泡高度在二者浓度为0.1%时明显提升,发泡高度达到167mm,相较于一元体系提升幅度达到103.7%,同时解决了十二烷基硫酸钠(SDS)低浓度下稳泡系数过低的问题。常规泡沫半衰期仅为297s,复配体系泡沫在300s时稳泡系数仍能保持0.958,可以认为本发明的三元体系泡沫半衰期远超常规泡沫。
有机硅表面活性剂LS-99和正丙醇、异丁醇添加量均达到0.1%时,发泡倍数相较于无醇体系具有较大提升,发泡倍数由30.5分别提高到34.4和52.5,增大幅度分别达到12.8%和72.1%。原因在于碳氢/有机硅表面活性剂在较高浓度下受分子间静电斥力影响,泡沫液膜吸附分子量具有最大值,低碳醇的加入可以充当缓冲物质,减缓两种分子间的排斥作用,使液膜吸附分子量增大,泡沫产生量增大。同时,由于碳原子数的增大,醇分子疏水性增强,适量低碳醇的加入能够降低Plateau通道中液体流失速度,增强稳泡能力。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明解决了常规泡沫灭火剂中泡沫半衰期短,析液、聚并迅速的缺陷,本发明中的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液具有较好的持液能力,且半衰期远超常规泡沫,因而对煤自燃火灾具有良好的灭火效果。
附图说明:
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是十二烷基硫酸钠(SDS)与有机硅表面活性剂LS-99复配时,十二烷基硫酸钠(SDS)的质量浓度变化所对应的复配体系表面张力变化曲线图。
图2是十二烷基硫酸钠(SDS)与有机硅表面活性剂LS-99复配时,十二烷基硫酸钠(SDS)的质量浓度变化所对应的复配体系发泡高度变化曲线图。
图3是十二烷基硫酸钠(SDS)与有机硅表面活性剂LS-99复配时,十二烷基硫酸钠(SDS)的质量浓度变化所对应的复配体系稳泡系数变化曲线图。
图4是十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)与有机硅表面活性剂LS-99复配时,十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)的质量浓度变化所对应的复配体系稳泡系数变化曲线图。
图5是烷基糖苷(APG0814)与有机硅表面活性剂LS-99复配时,烷基糖苷(APG0814)的质量浓度变化所对应的复配体系稳泡系数变化曲线图。
图6是十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)与有机硅表面活性剂LS-99复配时,十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)的质量浓度变化所对应的复配体系发泡高度变化曲线图。
图7是十二烷基硫酸钠(SDS)、有机硅表面活性剂LS-99和不同低碳醇复配时的发泡高度曲线对比图。
图8是十二烷基硫酸钠(SDS)、有机硅表面活性剂LS-99和不同低碳醇复配时的25%析液时间曲线对比图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述,在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的十二烷基硫酸钠(SDS)、3.33%的有机硅表面活性剂LS-99、3.33%的异丁醇、10%的尿素、1%的乙二醇丁醚,5%的多聚磷酸铵(APP)、10%的乙二醇,并补充去离子水至100%;
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时,先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min,随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min,之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀,获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为23mN/m,发泡高度为177mm,稳泡系数为0.97,发泡倍数达到52.5倍,25%析液时间为210s。
实施例2
一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.33%的有机硅表面活性剂LS-99、0.33%的异丁醇、10%的尿素、1%的乙二醇丁醚,5%的多聚磷酸铵(APP)、10%的乙二醇,并补充去离子水至100%;
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时,先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min,随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min,之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀,获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为22.2mN/m,发泡高度为133mm,稳泡系数为0.96,发泡倍数达到28.8倍,25%析液时间为147s。
实施例3
一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.033%的有机硅表面活性剂LS-99、0.033%的乙醇、10%的尿素、1%的乙二醇丁醚,5%的多聚磷酸铵(APP)、10%的乙二醇,并补充去离子水至100%;
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时,先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min,随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min,之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀,获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为25.5mN/m,发泡高度为107mm,稳泡系数为0.92,发泡倍数达到29.1倍,25%析液时间为191s。
实施例4
一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的十二烷基硫酸钠(SDS)、3.33%的有机硅表面活性剂LS-99、3.33%的乙醇、10%的尿素、1%的乙二醇丁醚,5%的多聚磷酸铵(APP)、10%的乙二醇,并补充去离子水至100%;
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时,先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min,随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min,之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀,获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为23.1mN/m,发泡高度为178mm,稳泡系数为0.97,发泡倍数达到28.7倍,25%析液时间为199s。
实施例5
一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.033%的有机硅表面活性剂LS-99、0.033%的正丙醇、10%的尿素、1%的乙二醇丁醚,8%的多聚磷酸铵(APP)、10%的乙二醇,并补充去离子水至100%;
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时,先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min,随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min,之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀,获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为25.2mN/m,发泡高度为113mm,稳泡系数为0.88,发泡倍数达到22.2倍,25%析液时间为121s。
对比试验:
如图4~6所示:将有机硅表面活性剂LS-99分别与其它碳氢表面活性剂进行复配,当碳氢表面活性剂采用十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)时,出现高浓度下稳泡系数大幅降低的现象。当碳氢表面活性剂采用烷基糖苷(APG0814)时,烷基糖苷(APG0814)质量浓度大于0.005%的情况下,复配体系稳泡系数低于烷基糖苷(APG0814)单一体系。当碳氢表面活性剂采用十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)时,低浓度下复配体系起泡高度低于十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)一元体系,且高浓度下对发泡高度提升幅度不大。因此碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂LS-99复配时的协同增效作用具有局限性,该增效作用是否存在和表面活性剂的种类有关,对比附图1~3可知,当碳氢表面活性剂采用十二烷基硫酸钠(SDS),并与有机硅表面活性剂LS-99按适量比例进行复配时,具有良好的协同增效作用。
本发明的工作原理是:该三元体系泡沫灭火剂中,碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液仅占3%,其余为去离子水,因该配方中发挥主要作用的是表面活性剂和低碳醇,其他物质为辅助物质,因此,本发明产生的泡沫可以认为是三元泡沫体系。
如图1~3所示,该配方中,有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)具有良好的协同增效作用。当添加量小于其临界胶束浓度时,有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)复配体系的张力随十二烷基硫酸钠(SDS)的浓度增大而逐渐降低。在此情形下,液膜吸附活性剂分子量未达到饱和状态,十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大能够弥补单一活性剂分子的不足,使表面张力先减小,后达到平衡值。当有机硅表面活性剂LS-99添加量大于临界胶束浓度时,张力值随十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大先略有提升,后保持不变。有机硅表面活性剂LS-99单一体系即能发挥降低表面张力的作用,液膜活性剂分子吸附量达到饱和,十二烷基硫酸钠(SDS)的加入和有机硅表面活性剂LS-99的分子发生竞争吸附,使表面张力略有上升。由于有机硅表面活性剂LS-99在此过程中占据主导地位,吸附过程达到动态平衡后,张力再次保持不变,张力值大小趋向于有机硅表面活性剂LS-99。发泡高度在二者浓度为0.1%时明显提升,发泡高度达到167mm,相较于一元体系提升幅度达到103.7%,同时解决了十二烷基硫酸钠(SDS)低浓度下稳泡系数过低的问题。常规泡沫半衰期仅为297s,复配体系泡沫在300s时稳泡系数仍能保持0.958,可以认为本发明的三元体系泡沫半衰期远超常规泡沫。
如图7~8所示,有机硅表面活性剂LS-99和正丙醇、异丁醇添加量均达到0.1%时,发泡倍数相较于无醇体系具有较大提升,发泡倍数由30.5分别提高到34.4和52.5,增大幅度分别达到12.8%和72.1%。原因在于碳氢/有机硅表面活性剂在较高浓度下受分子间静电斥力影响,泡沫液膜吸附分子量具有最大值,低碳醇的加入可以充当缓冲物质,减缓两种分子间的排斥作用,使液膜吸附分子量增大,泡沫产生量增大;同时,由于碳原子数的增大,醇类分子疏水性增强,适量低碳醇的加入能够降低Plateau通道中液体流失速度,增强稳泡能力。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制,凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种三元体系泡沫灭火剂,其特征在于:包括按质量百分比计为3%的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水;
其中,所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33%的碳氢表面活性剂、0.033~3.33%的有机硅表面活性剂、0.033~3.33%的低碳醇、11%的助溶剂、5~8%的阻燃剂、10%的防冻剂,并补充去离子水至100%;
所述碳氢表面活性剂、有机硅表面活性剂、低碳醇复配成发泡剂,所述碳氢表面活性剂采用十二烷基硫酸钠(SDS);所述有机硅表面活性剂采用LS-99;所述低碳醇采用乙醇、正丙醇、异丁醇的一种。
2.根据权利要求1所述的三元体系泡沫灭火剂,其特征在于:所述助溶剂采用尿素和乙二醇丁醚。
3.根据权利要求1所述的三元体系泡沫灭火剂,其特征在于:所述阻燃剂采用多聚磷酸铵(APP)。
4.根据权利要求1所述的三元体系泡沫灭火剂,其特征在于:所述防冻剂采用乙二醇。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的三元体系泡沫灭火剂,其特征在于,所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液按以下方法制备而成:
S1、按配比称取阻燃剂和助溶剂,计算所需去离子水的重量并进行称取,将阻燃剂、助溶剂投入去离子水中并搅拌2min,得到混合液一;
S2、按配比称取碳氢表面活性剂加入混合液一中,搅拌3min,得到混合液二;
S3、按配比量取适量有机硅表面活性剂、低碳醇和防冻剂加入混合液二中,搅拌2min使其混合均匀,得到混合液三;
S4、将混合液三倒入发泡设备进行发泡,得到碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液。
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