CN103923609B - 一种猝灭剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种猝灭剂，所述猝灭剂包括：发泡剂、助溶剂、稳泡剂和增稠剂。本发明提供水成膜泡沫猝灭剂凭借其较高的表面活性，在对可燃性液体进行猝灭过程中，可以沿可燃性液体表层向四周扩散，并由泡沫析出的液体形成一层水膜，使泡沫和可燃性液体之间分隔，能有效覆盖燃料表面，迅速抑制燃料蒸发,因而发挥了泡沫和水膜的双重猝灭作用，具有较佳的猝灭效果。

Description

一种猝灭剂

技术领域

本发明涉及猝灭剂，尤其涉及一种具有良好相容性的水成膜泡沫的肼类推进剂猝灭剂。

背景技术

液体推进剂在储存、运输和使用过程中最大的危险是因泄漏导致的人员中毒伤亡和着火爆炸。液体推进剂泄漏后，会伴随着大量的液体及蒸汽泄漏、挥发和扩散，因此，一旦发生泄漏事故，必须立即进行应急处置。目前液体推进剂应急处置的主要措施包括止漏、猝灭和火灾扑救等。猝灭是指通过技术手段使液体推进剂浓度减低或丧失活性，抑制蒸发扩散，即便遇到点火源也不能引燃的处置方法。目前在各导弹、卫星和飞船发射基地，肼类推进剂泄露事故采用的猝灭措施主要是采用水稀释和中和两种方法。此外，干粉灭火器和二氧化碳灭火器等也均有一定的猝灭效果，但是上述方法普遍存在着猝灭效率低、试剂耗量大、易造成对周围环境的二次污染等问题。鉴于此，针对肼类推进剂的特殊理化性质，研制猝灭效果好、环境污染小的肼类推进剂猝灭剂，对于提高发射试验中液体推进剂突发事故的应急处置能力具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种猝灭剂，该猝灭剂对肼类燃料猝灭速度快，用水效率高，猝灭效果显著。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种猝火剂包括：发泡剂、助溶剂、稳泡剂和增稠剂。

所述发泡剂采用浓度为0.1％～0.6％的对甲苯磺酸六氟异丙酯；

所述助溶剂采用浓度为10％～20％的乙醇；

所述稳泡剂采用浓度为0.4％～0.8％的黄原胶；

所述增稠剂采用浓度为0.7％～1.3％的椰子油脂肪酸。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

水成膜泡沫猝灭剂，应用到肼类推进剂泄漏的应急处置，与单纯用水稀释洗消相比，用水量将减少80％～90％，洗消效率将大幅提高，为后续清理推进剂泄漏污染物提供方便条件。

水成膜泡沫猝灭剂凭借其较高的表面活性，在对可燃性液体进行猝灭过程中，可以沿可燃性液体表层向四周扩散，并由泡沫析出的液体形成一层水膜，使泡沫和可燃性液体之间分隔，能有效覆盖燃料表面，迅速抑制燃料蒸发,因而发挥了泡沫和水膜的双重猝灭作用，具有较佳的猝灭效果。而且水成膜泡沫猝灭剂中97％以上的组分是水，具有较强的环境友好性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液的表面张力与浓度对数曲线图；

图2是不同pH值下对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液的表面张力曲线图；

图3是温度对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液表面张力的影响示意图；

图4是浓度对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响示意图；

图5是pH值对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响示意图；

图6是不同温度对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能影响示意图；

图7是甲醇含量对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能影响示意图；

图8是乙醇含量对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能影响示意图；

图9是异丙醇含量对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能影响示意图；

图10是黄原胶质量分数对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响示意图；

图11是不同增稠剂对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能影响示意图；

图12是不同增稠剂对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫稳定性影响示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出本发明的多个结构方式和制作方法。因此以下具体实施方式仅是本发明的技术方案的具体说明，而不应当视为本发明的全部或者视为本发明技术方案的限定或限制。

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。

一种猝灭剂，包括：发泡剂、助溶剂、稳泡剂和增稠剂。

上述发泡剂采用浓度为0.1％～0.6％的对甲苯磺酸六氟异丙酯；

上述助溶剂采用浓度为10％～20％的乙醇；

上述稳泡剂采用浓度为0.4％～0.8％的黄原胶；

上述增稠剂采用浓度为0.7％～1.3％的椰子油脂肪酸。

所述对甲苯磺酸六氟异丙酯的合成是由：对甲苯磺酰氯分子结构中的磺酰氯基团与六氟异丙醇羟基上的氢反应脱去氯化氢；在反应过程中，对甲苯磺酰氯分子释放出氯离子，形成对甲苯磺酰基正离子，再与六氟异丙醇分子中羟基发生取代反应，其反应式为：

对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液的表面活性研究：

如图1所示随着表面活性剂对甲苯磺酸六氟异丙酯浓度的逐渐增加，其水溶液的表面张力显著降低，当浓度继续增加到一定值时，表面张力逐渐趋于平缓，基本保持不变，该值所对应的浓度即为该表面活性剂的临界胶束浓度。结果表明，对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液的表面张力最低可达到21.3mN/m，其临界胶束浓度为0.011mol/L。用同样方法测得的阴离子十二烷基硫酸钠(SDS)的最低表面张力约为33.5mN/m，油田常用表面活性剂石油磺酸盐(ORS)为36.5mN/m，可见，对甲苯磺酸六氟异丙酯降低水溶液表面张力的能力较强。

pH值对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液表面张力的影响：用醋酸和碳酸钠调节不同浓度对甲苯磺酸六氟异丙酯系列水溶液(FC水溶液)的pH分别为9、7、5，测量其在室温下的表面张力。图2是不同pH值下FC水溶液表面张力随浓度的变化曲线图。可见，pH值对FC水溶液的表面张力有显著的影响。当溶液呈酸性时，(pH＝5)时表面张力能降低到更低的水平，最低表面张力为20.7mN/m，临界胶束浓度为0.008mol/L，而当溶液pH值升高至于7、9时，临界胶束浓度分别升高至0.011mol/L、0.013mol/L；而在临界胶束浓度时的表面张力也分别升高至21.3mN/m、23.8mN/m；由此可见，FC水溶液在酸性条件下具有更高的表面活性。

温度对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液表面张力的影响：FC表面活性剂具有很好的耐温性，很多种FC表面活性剂在300℃以上都不发生分解，但是温度对其水溶液的表面张力影响较大。为考察温度对其表面张力的影响，特配制0.012mol/L的FC表面活性剂水溶液，使其在恒温箱内恒温24h，然后测其表面张力变化，结果如图3所示，在20℃至100℃之间，FC水溶液表面张力变化不大，表面活性保持稳定，具有较好的热稳定性，即在常温中贮存也不容易变性而失去表面活性。

本实施例采用改进的Ross-Miles法对FC表面活性剂水溶液的泡沫性能进行评价。作为发泡能力的度量V_0min，可以明显反应出表面活性剂的发泡能力。由于FC表面活性剂泡沫的半衰期较长，采用30min的泡沫体积V_30min来度量泡沫的稳定性。如表1所示是对质量分数为0.6％的FC表面活性剂对甲苯磺酸六氟异丙酯、碳氢表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDS)、十二烷基硫酸钠(ABS)的泡沫性能进行测定和比较的结果。

表1

从上表1中可以看出，FC表面活性剂的发泡性能和泡沫稳定性都比ABS、SDS好。

配制不同质量分数的FC表面活性剂-对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液，质量分数分别为0.05％、0.1％、0.25％、0.3％、0.5％、0.6％，测定其倾注完后的0min、3min、5min、30min的发泡体积(mL)，用以衡量其发泡能力和稳泡能力，结果见图4所示，可看出FC表面活性剂溶液在质量分数较低的情况下发泡性能较差，在质量分数为0.5％下即可产生较大的泡沫高度，而且随着FC表面活性剂质量分数的不断增大，溶液的发泡高度不断增大，说明这种FC表面活性剂具有良好的发泡性能，发泡剂的泡沫寿命随着质量分数的增加也不断增加，且在此后较长的时间内，FC表面活性剂的泡沫高度变化幅度不大，并且泡沫高度达到一定值后，较长时间内不再发生变化，说明其产生的泡沫稳定性强。但是当FC表面活性剂质量分数超过0.6％时，再增加其浓度，溶液的发泡能力和稳泡能力没有大幅度的增强。因此，作为肼类推进剂猝灭剂使用时，选取质量分数为0.1％～0.6％的对甲苯磺酸六氟异丙酯作为发泡剂，其优选为0.5％的对甲苯磺酸六氟异丙酯作为发泡剂。

pH值对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响：配置浓度为0.5％的FC表面活性剂水溶液后，使用HI2210型pH计对用醋酸调节后的pH值进行精确检测。由图5可以看出，pH值在5～9范围内，在酸性环境下，随着pH值的降低，溶液发泡度提高且半衰期增长，说明溶液在酸性环境下充分发挥作用。

温度对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响：配置浓度为0.5％的FC表面活性剂水溶液，恒温(20℃、40℃、60℃、80℃和100℃)水浴5h后，用自动混调器搅拌1min，迅速将泡沫倒入200mL量筒中，记录0min、3min、5min、10min和30min时的发泡高度以及半衰期。温度对泡沫性能的影响结果如图6所示：随着温度的增加，溶液的发泡能力先增强后有所降低，温度为40℃左右时发泡性能最好，当温度超过60℃左右时，溶液的稳泡性能有所下降。这是因为温度升高，表面活性剂分子在溶液中的表面活性增加，表面张力降低，溶液的发泡能力增强，但是随着温度的继续升高，泡沫体积容易增大至破裂，液膜的强度也会减少，增大了泡沫的破裂进度，溶液的发泡能力下降。

醇对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响：低碳醇是猝灭剂中不可或缺的助溶剂，在FC表面活性剂水溶液中加入低碳醇(甲醇、乙醇、异丙醇)，配成不同醇浓度的表面活性剂溶液，测量甲醇、乙醇、异丙醇对FC水溶液发泡能力与稳泡能力的影响，结果如图7、图8和图9所示。加入不同质量分数的甲醇溶液，图中V_0min、V_30min曲线变化不大，即甲醇对FC水溶液的发泡能力、消泡能力影响不大。随着无水乙醇含量的增加，V_0min变化不大，而V_30min有先减小后回升的趋势。加入不同体积分数的异丙醇溶液，V_0min、V_30min曲线变化与加入甲醇的相似。综上可知，对比甲醇、无水乙醇、异丙醇对FC表面活性剂水溶液的泡沫性能影响，选择含量为10％～20％的乙醇作为猝灭剂体系的助溶剂，其优选为15％的乙醇作为猝灭剂体系的助熔剂。

亲水性高分子化合物对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响：由于氟碳链具有很强的憎水性，单一FC表面活性剂的泡沫排液速度很快。而实际灭火中，要求泡沫有慢的排液速度。加入一些亲水性高分子化合物可冲淡氟碳链的憎水性，延缓泡沫的析液时间。亲水性高分子还可增加泡沫液粘度，从而增加泡沫稳定性，起到稳泡剂的作用。此外，亲水性高分子还可增强泡沫的抗烧性能和抗复燃能力。常用的亲水性高分子一般为多羟基化合物，如黄原胶、桃胶、明胶、瓜儿胶等。如图10所示可以看出，随着亲水性高分子化合物黄原胶质量分数的增加，泡沫发泡能力先增加，黄原胶质量分数为0.4％～0.8％时，泡沫发泡能力很强，当其黄原胶质量分数为0.5％时，发泡能力达到最大，此后，由于溶液的粘度过大，发泡能力降低。这是因为随液相粘度的增大，发泡时需要克服的粘滞阻力相应增大，发泡能力就会减弱。由25％析液时间曲线可知，泡沫的析液时间随黄原胶质量分数的增大而显著增大。这是因为在溶液中加入黄原胶后，由于行成氢键的作用，使得表面粘度增大，膜的强度增加，泡沫内液体流失速度变慢，气体透过性降低，故可使泡沫寿命显著延长，稳定性大大提高。根据实验现象，未加黄胶时，产生的泡沫表层松散，单个泡沫体积较大，较易破灭；加入黄原胶后，泡沫表层紧密，单个泡沫体积均匀细小，泡沫较难破灭。所以，通过上述可知，猝灭剂体系选取添加质量分数为0.4％～0.8％的黄原胶作为稳泡剂；其优选为猝灭剂体系选取添加质量分数为0.5％的黄原胶作为稳泡剂。

增稠剂对对甲苯磺酸六氟异丙酯水溶液泡沫性能的影响：工业中常用的增稠剂有椰子油脂肪酸、6501、梭甲基纤维素钠CMC、非离子型聚丙烯酞胺PAM、海藻酸钠SA以及可溶性淀粉、十二醇聚氧乙烯醚、十二醇聚氧乙烯醚三乙醇胺等。试验中选择具有代表性的四种增稠剂，分别研究其对溶液泡沫性能的影响。如图11所示中曲线可知：四种不同的增稠剂对溶液发泡性能的影响是相似的，随着增稠剂质量分数的增大，溶液的发泡能力都有不同程度的减弱，因为随溶液粘度的增大，发泡时需要克服的粘滞阻力相应增大，发泡能力就会减弱；同时由于粘度的增加，膜中表面活性剂分子不能自由移动而使发泡能力下降，膜局部受损时“伤口”不能迅速弥合，产生的气泡容易破裂。对比四条曲线发现：SA和CMC对溶液发泡能力的影响较大，随着增稠剂质量分数的增加，发泡能力迅速下降；PAM和6501的影响则相对较小，在浓度为0.7％～1.3％时，发泡倍数下降速度较缓慢，浓度高于1.3％时发泡倍数迅速降低。如图12所示是不同增稠剂对FC水溶液泡沫稳定性的影响结果，由图中25％析液时间曲线可以看出：除CMC外，其余三种增稠剂的稳泡效果非常明显。随着增稠剂浓度的增加，25％析液时间显著延长，特别是6501增稠剂的加入，使产生的泡沫更加稳定，这是因为溶液的粘度增大，液膜中的液体不易排出，使液膜变薄的速度变慢，因而延缓了液膜的破裂时间，泡沫的析液时间就越来越长。由上可知，根据不同增稠剂对溶液发泡性能和稳泡性能的影响，选择了浓度为0.7％～1.3％的椰子油脂肪酸作为猝灭剂体系的增稠剂；其优选为1.0％的椰子油脂肪酸作为猝灭剂体系的增稠剂。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (1)

1.一种猝灭剂，其特征在于，所述猝灭剂包括：发泡剂、助溶剂、稳泡剂和增稠剂；

所述发泡剂采用质量浓度为0.1％～0.6％的对甲苯磺酸六氟异丙酯；

所述助溶剂采用质量浓度为10％～20％的乙醇；

所述稳泡剂采用质量浓度为0.4％～0.8％的黄原胶；

所述增稠剂采用质量浓度为0.7％～1.3％的椰子油脂肪酸；

所述对甲苯磺酸六氟异丙酯的合成是由：对甲苯磺酰氯分子结构中的磺酰氯基团与六氟异丙醇羟基上的氢反应脱去氯化氢；在反应过程中，对甲苯磺酰氯分子释放出氯离子，形成对甲苯磺酰基正离子，再与六氟异丙醇分子中羟基发生取代反应，其反应式为：