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CN106730565B - 灭火剂及其制备方法 - Google Patents

灭火剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种灭火剂，其特征在于，由以下组分按质量百分比组成：非离子型碳氟表面活性剂1.5‑3％，泡沫稳定剂0.1‑1％，碳氢表面活性剂2‑4％，增稠剂0.1‑0.5％、抗烧剂0.1‑0.5％、助溶剂2‑5％、有机溶剂1‑5％、缓冲溶液0.2‑2％、金属缓蚀剂0.1‑0.5％、抗冻剂4‑10％、抑菌剂0.2‑0.5％、螯合剂0.5‑2.5％，余量为水。本发明灭火剂泡沫丰富稳定，在油面铺展迅速，按照中华人民共和国国家标准GB 15308‑2006(《泡沫灭火剂》)进行自检，性能合格，灭火性能优异。此外，本发明灭火剂组分不依赖进口，产品价格较低，可以用淡水或海水稀释使用，适用范围大，具有很好的市场前景。

Description

灭火剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种灭火剂，本发明还涉及该灭火剂的制备方法，本发明属于灭火剂开发领域。
背景技术
在目前用于扑灭油类火灾的灭火剂中，水成膜泡沫灭火剂由于其水膜及泡沫的双重灭火作用而具有最佳灭火效果。
水成膜泡沫灭火剂的灭火作用是由漂浮于油面上的水膜层和泡沫层共同承担的。当将灭火剂喷射到燃油表面时，泡沫迅速在油面上散开，并析出液体冷却油面。析出的液体同时在油面上铺展形成一层水膜，与泡沫层共同抑制燃油蒸发，这不仅使油与空气隔绝，而且泡沫受热蒸发产生的水蒸汽还可降低油面上氧气含量，抑制燃烧。同时，水溶液的铺展作用又可带动泡沫迅速流向尚未灭火的区域进行灭火，抗复燃能力强。阴离子型、阳离子型、两性型氟碳表面活性剂在现有的水成膜泡沫灭火剂中有较多应用。
海水中含有较高浓度的氯化镁、氯化钙、硫酸钠和氯化钠等电解质，与阴离子型/阳离子型氟碳表面活性剂间存在较强的相互作用，降低其表面活性，使得部分水成膜泡沫灭火剂不能用海水稀释后使用。对于海上作业平台、油轮和军舰等区域发生的火灾，在没有淡水供应时普通水成膜泡沫灭火剂不能发挥作用，易导致较大损失。因此，开发能用海水稀释的水成膜泡沫灭火剂，具有重要的战略意义及商业价值。
两性氟碳表面活性剂和非离子氟碳表面活性剂的表/界面活性受电解质的影响较小，可应用于耐海水型水成膜泡沫灭火剂。CN103463790A、CN102284171A和CN1743031A均以美国杜邦公司1157N型或1203型表面活性剂。非离子型氟碳表面活性剂国内已有优质产品供应，不依赖进口，且产品价格较低，适于在耐海水型水成膜泡沫灭火剂中的应用。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种灭火剂及其制备方法，以解决现有灭火剂组分需要从国外进口，产品价格高，灭火性能需要加强的技术问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
灭火剂，其特征在于，由以下组分按质量百分比组成：非离子型碳氟表面活性剂1.5-3％，泡沫稳定剂0.1-1％，碳氢表面活性剂2-4％，增稠剂0.1-0.5％、抗烧剂0.1-0.5％、助溶剂2-5％、有机溶剂1-5％、缓冲溶液0.2-2％、金属缓蚀剂0.1-0.5％、抗冻剂4-10％、抑菌剂0.2-0.5％、螯合剂0.5-2.5％，余量为水。
前述的灭火剂，其特征在于，所述非离子型碳氟表面活性剂为ω-全氟烷基磺酰氨基醇CnF2n+1SO2NH(CH2)mOH，结构式如下所示：
其中n＝6或8，m＝2-4。
前述的灭火剂，其特征在于，所述泡沫稳定剂为CaF2a+1SO2NH(CH2)b(R1)(R2)O，结构如下所示：
其中a＝6或8，b＝2-4，R1、R2为-CpH2p+1，p为1-4。
前述的灭火剂，其特征在于，所述碳氢表面活性剂为烷基甜菜碱CcH2c+1N+(CH3)2-CH2COO-或烷基磺基甜菜碱CdH2d+1N+(CH3)2-(CH2)3SO3 -，烷基甜菜碱的结构如下所示：
烷基磺基甜菜碱的结构如下所示：
其中c＝10-14，d＝10-14。
前述的灭火剂，其特征在于，增稠剂为黄原胶；抗烧剂为黄原胶；助溶剂为尿素；有机溶剂为二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚、正丙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇中的一种或多种混合物；缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷水溶液；金属缓蚀剂为苯并三氮唑；抗冻剂为乙二醇或丙三醇；抑菌剂为甲醛；螯合剂为乙二胺四乙酸钠。
前述的灭火剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：向反应容器中加入水、助溶剂、增稠剂、抗烧剂、金属缓蚀剂、螯合剂、抑菌剂、缓冲溶液，搅拌均匀；
步骤二：向反应容器中加入碳氢表面活性剂，搅拌均匀；
步骤三：向反应容器中加入有机溶剂、抗冻剂、搅拌均匀；
步骤四：向反应容器中加入非离子型碳氟表面活性剂、泡沫稳定剂，搅拌均匀；
步骤五：调节反应容器内液体的pH值，然后加水至各组分符合对应质量百分比。前述的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，通过醋酸或氨水调节反应容器内液体的pH值至6.0～9.5。
本发明的有益之处在于：本发明灭火剂泡沫丰富稳定，在油面铺展迅速，按照中华人民共和国国家标准GB 15308-2006(《泡沫灭火剂》)进行自检，性能合格，灭火性能优异。此外，本发明灭火剂组分不依赖进口，产品价格较低，可以用淡水或海水稀释使用，适用范围大，具有很好的市场前景。
附图说明
图1是本发明灭火剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1所示，本发明提供的6％型耐海水型灭火剂由以下组分按质量百分比组成：非离子型氟碳表面活性剂1.5-3％，泡沫稳定剂0.1-1％，碳氢表面活性剂2-4％，增稠剂0.1-0.5％、抗烧剂0.1-0.5％、助溶剂2-5％、有机溶剂1-5％、缓冲溶液0.2-2％、金属缓蚀剂0.1-0.5％、抗冻剂4-10％、抑菌剂0.2-0.5％、螯合剂0.5-2.5％，余量为水。
其中非离子型氟碳表面活性剂为ω-全氟烷基磺酰氨基醇，结构如式1所示(FnHmA)，其中n＝6或8，m＝2-4；优选n＝8，p＝2，3。ω-全氟烷基磺酰氨基醇具有优异的表面活性，在本发明中的主要作用是降低水溶液的表面张力。ω-全氟烷基磺酰氨基醇具有良好的泡沫性能，但水溶性较差，经助溶剂加溶后，水溶性提高，水溶液泡沫丰富，但泡沫稳定性稍差。
泡沫稳定剂为CaF2a+1SO2NH(CH2)b(R1)(R2)O[FaHbN(R1)(R2)O]，结构如式2所示，其中a＝6或8，b＝2-4，R1、R2为-CpH2p+1，p为1-4，R1、R2可相同亦可不同；优选a＝8，b＝2或3，R1为-CH3或-C2H5，R2为-CH3或-C2H5。CaF2a+1SO2NH(CH2)b(R1)(R2)O在水溶液中起泡性能较差，但泡沫持久，稳定性较好，在本发明中主要起稳泡剂作用。另外，它的表面活性剂亦很高，在本发明中与ω-全氟烷基磺酰氨基醇协同起到降低水溶液表面张力的作用。
碳氢表面活性剂为两性型表面活性剂烷基甜菜碱CcH2c+1N+(CH3)2-CH2COO-(Hc)或烷基磺基甜菜碱CdH2d+1N+(CH3)2-(CH2)3SO3 -(Sd)，结构分别如式3、式4所示，其中c＝10-14，d＝10-14；优选c＝10或12，d＝10或12。两性型表面活性剂受海水中电解质影响较小，起泡性较好，在本发明中主要起发泡剂作用。另一方面，烷基甜菜碱/烷基磺基甜菜碱可有效降低灭火剂与油之间的界面张力，可弥补氟碳表面活性剂通常由于氟碳链的憎油性而不易降低油水界面张力的缺陷，从而使灭火剂在油面迅速铺展；同时也使灭火剂起泡迅速。
黄原胶溶于水后，可以通过氢键作用使溶液粘度增大，起泡后泡膜强度增加，泡膜液体流失速度变慢，气体透过性降低，提高了灭火剂的抗烧性，在本发明中作为增稠剂和抗烧剂使用。
本发明中应用的非离子型氟碳表面活性剂ω-全氟烷基磺酰氨基醇水溶性较低，制备高浓度的浓缩液需要加入助溶剂进行增溶。本发明中采用的助溶剂为尿素。
适当的有机溶剂可以提高水成膜泡沫灭火剂浓缩液的稳定性，本发明中使用的有机溶剂为二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚、正丙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇中的一种或多种混合物；本发明中的有机溶剂同时也具有抗冻剂的作用。
抗冻剂可降低水成膜泡沫灭火剂浓缩液的凝固点，使灭火剂可在较低温度下保存和使用。本发明中使用的抗冻剂为乙二醇或丙三醇。本发明中的抗冻剂同时也具有溶剂的作用。
缓冲溶液可使灭火剂的pH值在储存过程中保持稳定，保证了灭火剂的性能稳定。本发明中使用的缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷水溶液。
灭火剂在储存中可能对金属容器内壁产生腐蚀作用，需加入金属缓蚀剂降低该作用。本发明中使用的金属缓蚀剂为苯并三氮唑。
灭火剂储存中，细菌会降解灭火剂中的有机物组分导致灭火性能下降，需要加入抑菌剂抑制细菌增长。本发明中使用的抑菌剂为甲醛。
自来水或海水中的电解质较多，会影响灭火剂中表面活性剂的性能，本发明在使用性能不易受电解质影响的非离子型氟碳表面活性剂和两性碳氢表面活性剂的同时，使用螯合剂结合一些高价金属离子，降低电解质对灭火剂性能的影响。本发明中使用的螯合剂为乙二胺四乙酸钠。
下面结合实施例来进行说明。
实施例1。
向2000L搅拌反应釜中加入700kg淡水、30kg尿素、黄原胶4kg、苯并三氮唑1kg、乙二胺四乙酸钠8kg、甲醛2kg、三羟甲基氨基甲烷水溶液5kg，搅拌均匀；向反应容器中加入十二烷基甜菜碱(简称H12)30kg，搅拌均匀；向反应容器中加入10kg二乙二醇单丁醚、正丁醇30kg、乙二醇50kg，搅拌均匀；向反应容器中加入ω-全氟辛基磺酰氨基乙醇(简称F8H2A)30kg和C8F17SO2NH(CH2)3N(CH3)2O(简称F8H3N(CH3)(CH3)O)1kg，搅拌均匀；用醋酸或氨水调节pH值至7.5-8.5任一值，添加淡水至溶液质量为1000kg，即为本发明的水成膜泡沫灭火剂。
实施例2。
向2000L搅拌反应釜中加入700kg淡水、20kg尿素、黄原胶3kg、苯并三氮唑1kg、乙二胺四乙酸钠8kg、甲醛5kg、三羟甲基氨基甲烷水溶液5kg，搅拌均匀；向反应容器中加入癸基磺基甜菜碱(简称S10)40kg，搅拌均匀；向反应容器中加入15kg二乙二醇乙醚、正戊醇25kg、丙三醇40kg，搅拌均匀；向反应容器中加入ω-全氟辛基磺酰氨基丙醇(简称F8H3A)15kg和C8F17SO2NH(CH2)3N(C2H5)2O(简称F8H3N(C2H5)(C2H5)O)10kg，搅拌均匀；用醋酸或氨水调节pH值至7.5-8.5任一值，添加淡水至溶液质量为1000kg，即为本发明的水成膜泡沫灭火剂。
实施例3。
向2000L搅拌反应釜中加入700kg淡水、25kg尿素、黄原胶4kg、苯并三氮唑1kg、乙二胺四乙酸钠8kg、甲醛5kg、三羟甲基氨基甲烷水溶液5kg，搅拌均匀；向反应容器中加入癸基甜菜碱(简称H10)35kg，搅拌均匀；向反应容器中加入15kg二乙二醇单丁醚、正戊醇30kg、乙二醇60kg，搅拌均匀；向反应容器中加入ω-全氟辛基磺酰氨基乙醇(简称F8H2A)20kg和C8F17SO2NH(CH2)2N(C2H5)2O(简称F8H2N(C2H5)(C2H5)O)8kg，搅拌均匀；用醋酸或氨水调节pH值至7.5-8.5任一值，添加淡水至溶液质量为1000kg，即为本发明的水成膜泡沫灭火剂。
实施例4。
向2000L搅拌反应釜中加入700kg淡水、50kg尿素、黄原胶2kg、苯并三氮唑1kg、乙二胺四乙酸钠25kg、甲醛2kg、三羟甲基氨基甲烷水溶液2kg，搅拌均匀；向反应容器中加入癸基甜菜碱(简称H10)20kg，搅拌均匀；向反应容器中加入15kg二乙二醇单丁醚、异丙醇35kg、丙三醇60kg，搅拌均匀；向反应容器中加入ω-全氟辛基磺酰氨基乙醇(简称F8H2A)20kg和C8F17SO2NH(CH2)2N(C2H5)2O(简称F8H2N(C2H5)(C2H5)O)8kg，搅拌均匀；用醋酸或氨水调节pH值至6.0，添加淡水至溶液质量为1000kg，即为本发明的水成膜泡沫灭火剂。
实施例5。
向2000L搅拌反应釜中加入700kg淡水、25kg尿素、黄原胶10kg、苯并三氮唑3kg、乙二胺四乙酸钠5kg、甲醛5kg、三羟甲基氨基甲烷水溶液10kg，搅拌均匀；向反应容器中加入癸基甜菜碱(简称H10)20kg，搅拌均匀；向反应容器中加入15kg二乙二醇单丁醚、正丙醇30kg、乙二醇100kg，搅拌均匀；向反应容器中加入ω-全氟辛基磺酰氨基乙醇(简称F8H2A)20kg和C8F17SO2NH(CH2)2N(C2H5)2O(简称F8H2N(C2H5)(C2H5)O)8kg，搅拌均匀；用醋酸或氨水调节pH值至9.5，添加淡水至溶液质量为1000kg，即为本发明的水成膜泡沫灭火剂。
实施例6。
向2000L搅拌反应釜中加入700kg淡水、25kg尿素、黄原胶10kg、苯并三氮唑5kg、乙二胺四乙酸钠15kg甲醛3kg、三羟甲基氨基甲烷水溶液20kg，搅拌均匀；向反应容器中加入、癸基甜菜碱(简称H10)20kg，搅拌均匀；向反应容器中加入10kg二乙二醇单丁醚、丙三醇100kg，搅拌均匀；向反应容器中加入ω-全氟辛基磺酰氨基乙醇(简称F8H2A)20kg和C8F17SO2NH(CH2)2N(C2H5)2O(简称F8H2N(C2H5)(C2H5)O)8kg，搅拌均匀；用醋酸或氨水调节pH值至6.5，添加淡水至溶液质量为1000kg，即为本发明的水成膜泡沫灭火剂。
实施例7。
分别取实施例1、2和3所得水成膜泡沫灭火剂各6kg，分别添加94kg淡水或人工海水并混匀，得到预混液。参照文献(“水成膜泡沫灭火剂性能的实验室测定方法”，化学研究与应用，20(5)：569-572，2008)方法测定预混液在油面的铺展性能及对油面的密封性能。实验所用人工海水参照中华人民共和国国家标准GB15308-2006(《泡沫灭火剂》)所述方法配置：在每1L淡水中加入25.0g氯化钠、11.0g六水合氯化镁、1.6g二水合氯化钙和4.0g硫酸钠，搅拌均匀即可。铺展性能测试方法：在直径为14.5cm的表面皿中盛放100mL 92#车用汽油，用注射器(针头直径已准确测定)将水成膜泡沫灭火剂预混液(无泡沫)滴加到油表面，观察铺展情况；观察时应使视线与油面相平，记录从液滴与油表面接触至变成液膜的时间，以铺展时间小于0.5秒作为迅速铺展的标准。密封性能测试方法：在直径4cm的烧杯中盛放30mL 92#车用汽油，用注射器将0.1mL预混液滴加到油表面，在离油面1cm高度处过明火，观察汽油是否被点燃。测试结果如表1所示。
表1实施例1-3的耐海水型水成膜泡沫灭火剂在92#汽油表面的铺展及密封性能
实施例8
取实施例1所得的水成膜泡沫灭火剂6kg，加入淡水94kg，混匀后得到淡水预混液，按照中华人民共和国国家标准GB15308-2006(《泡沫灭火剂》)所述方法进行自检，检测结果如表2所示。
表2实施例1的耐海水型水成膜泡沫灭火剂经淡水稀释后的性能自检结果
实施例9。
取实施例1所得的水成膜泡沫灭火剂6kg，加入人工海水94kg，混匀后得到海水预混液，按照中华人民共和国国家标准GB15308-2006(《泡沫灭火剂》)所述方法进行自检，检测结果如表3所示。
表3实施例1的耐海水型水成膜泡沫灭火剂经人工海水稀释后的性能自检结果
自检结果表明：实施例1制备的水成膜泡沫灭火剂各项指标均符合GB15308-2006《泡沫灭火剂》的要求，灭火等级达到ⅠA级，既可作为淡水型亦可作为耐海水型水成膜泡沫灭火剂。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.灭火剂，其特征在于，由以下组分按质量百分比组成：非离子型碳氟表面活性剂1.5-3％，泡沫稳定剂0.1-1％，碳氢表面活性剂2-4％，增稠剂0.1-0.5％、抗烧剂0.1-0.5％、助溶剂2-5％、有机溶剂1-5％、缓冲溶液0.2-2％、金属缓蚀剂0.1-0.5％、抗冻剂4-10％、抑菌剂0.2-0.5％、螯合剂0.5-2.5％，余量为水；
所述非离子型碳氟表面活性剂为ω-全氟烷基磺酰氨基醇CnF2n+1SO2NH(CH2)mOH，结构式如下所示：
其中n＝6或8，m＝2-4；
所述泡沫稳定剂为CaF2a+1SO2NH(CH2)b(R1)(R2)O，结构如下所示：
其中a＝6或8，b＝2-4，R1、R2为-CpH2p+1，p为1-4；
所述碳氢表面活性剂为烷基甜菜碱CcH2c+1N+(CH3)2-CH2COO-或烷基磺基甜菜碱CdH2d+1N+(CH3)2-(CH2)3SO3 -，烷基甜菜碱的结构如下所示：
烷基磺基甜菜碱的结构如下所示：
其中c＝10-14，d＝10-14。
2.根据权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，增稠剂为黄原胶；抗烧剂为黄原胶；助溶剂为尿素；有机溶剂为二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚、正丙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇中的一种或多种混合物；缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷水溶液；金属缓蚀剂为苯并三氮唑；抗冻剂为乙二醇或丙三醇；抑菌剂为甲醛；螯合剂为乙二胺四乙酸钠。
3.权利要求1所述灭火剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：向反应容器中加入水、助溶剂、增稠剂、抗烧剂、金属缓蚀剂、螯合剂、抑菌剂、缓冲溶液，搅拌均匀；
步骤二：向反应容器中加入碳氢表面活性剂，搅拌均匀；
步骤三：向反应容器中加入有机溶剂、抗冻剂、搅拌均匀；
步骤四：向反应容器中加入非离子型碳氟表面活性剂、泡沫稳定剂，搅拌均匀；
步骤五：调节反应容器内液体的pH值，然后加水至各组分符合对应质量百分比。
4.权利要求3所述灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，通过醋酸或氨水调节反应容器内液体的pH值至6.0～9.5。
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