CN106075792B

CN106075792B - 一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法

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Publication number: CN106075792B
Application number: CN201610408365.7A
Authority: CN
Inventors: 陆守香; 盛友杰
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2019-07-23
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: CN106075792A

Abstract

本发明公开了一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法，由复合表面活性剂、有机溶剂、稳定剂、抗烧剂、螯合剂、防腐剂及水组成，其重量百分比为10‑50％、10‑30％、1‑5％、0.2‑4％、0.5‑3％、0.1‑1％，余量为水。制备方法是：在搅拌下将各表面活性剂依次加入水中组成复合表面活性剂A，有机溶剂、稳定剂混合均匀组成组分B，然后将A加入到持续搅拌的B中，持续搅拌，之后向AB混合体系中依次加入抗烧剂、螯合剂、防腐剂，最后用水加至100％即为本发明产品。本发明产品不含氟类表面活性剂，生态降解性能好，由本发明制成的泡沫稳定性能好、灭火效率高，属于高效环保型产品。本发明制备方法不需加热、过滤、无三废产生，环保节能，生产效率高。

Description

一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明属于消防灭火材料领域，具体涉及一种泡沫灭火剂，更具体涉及一种高效环保型泡沫灭火剂及其制备方法，属于环保型B类泡沫灭火剂。

背景技术

水成膜泡沫(Aqueous Film Forming Foam，AFFF)灭火剂凭借其较高的表面活性，在灭火过程中，AFFF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。该水膜不仅能隔绝燃料表面与氧气接触，还能对燃料表面进行冷却降温；同时，泡沫中析出的水在高温下蒸发为水蒸气，稀释可燃性液体上方的氧气浓度，此三重因素协同作用，实现高效灭火，使得水成膜泡沫灭火剂成为国际上广泛用于扑救液体火灾的高效灭火剂。

然而，近年来AFFF造成的环境问题引起国际上的广泛关注。作为水成膜泡沫灭火剂核心组分的氟碳表面活性剂，可分解成全氟辛烷磺酸盐或类似物。这是一类具有全身多脏器毒性的环境污染物，且持久性极强，是最难分解的有机污染物之一，并具有远距离环境传输的能力，污染范围极广，扩散在环境中，长时间被残留，可能会带来与含氯氟烃、含溴氟烃相似的对环境的破坏。国际上已有相关法律文件对氟碳表面活性剂的使用进行了限制。因此，开发环境友好型泡沫灭火剂成为国际上的迫切需求。

综观国内外见诸报道的专利及文献，当前，国际上只有少数国家开发出不含氟类表面活性剂的B类泡沫灭火剂。其中，美国推出的FireAde2000具有多功能灭火效果，得到多个国际机构的鉴定，但价格极为昂贵。日本研究者(专利号：ZL02823068.X)利用多种碳氢合成表面活性剂研发的泡沫灭火剂，完全不添加氟碳表面活性剂，该发明产品主要高效用于高倍的泡沫灭火场景；德国公开的专利(公开号：EP 2753403A1)以硅表面活性剂为基剂开发出不含氟类的泡沫灭火剂。而国内目前关于环保型的泡沫灭火剂的已公开专利只有CN104190041A和CN105031871A，而至今尚没有关于不含氟类的环保型水成膜泡沫灭火剂的研究和报道。我国作为液体燃料使用大国，对水成膜泡沫灭火剂的依赖性较大，开发环保型水成膜泡沫灭火剂刻不容缓。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种高效环保的泡沫灭火剂及其制备方法，用该配方配制的灭火剂，泡沫性能好，灭火效率高，属于高效环保型产品；且同时提供了科学合理、简单易行的制备方法，属于环保型B类泡沫灭火剂。

本发明原理：申请人对于具有代替氟碳表面活性剂的潜在可行性的特种表面活性剂进行了长期深入的复配研究，发现通过加入特种有机硅表面活性剂之后复配体系的铺展性、成膜性、流变性及泡沫性能都得到显著增加，具有和氟碳表面活性剂相似的性能，一些包含离子型硅表面活性剂的复配体系甚至表现出高于氟碳表面活性剂的性能，基于这些研究发现，利用多种硅表面活性剂和多种碳氢表面活性剂复配成功开发出能够代替AFFF中氟类表面活性剂的复合表面活性剂体系。

本发明技术解决方案，原料组成包括复合表面活性剂、有机溶剂、稳定剂、抗烧剂、螯合剂、防腐剂和水，其重量百分比为：

本发明使用的复合表面活性剂是配方中的主要成分，它是由多种表面活性剂复配得到的一种复合表面活性剂体系，该体系由(a)阴离子含硅表面活性剂或非离子有机硅表面活性剂的至少一种与(b)碳链长为12-18个碳原子的阴离子碳氢表面活性剂或两性离子碳氢表面活性剂中的至少一种及(c)聚乙二醇类表面活性剂或脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂中的至少一种进行复配得到，(a)、(b)、(c)复合配制后在高效环保型泡沫灭火剂中的质量百分比范围为3％-8％：5％-35％：2％-7％。其作用是产生丰富的泡沫，同时降低水的表面张力和油/水界面张力，使泡沫能够在油面上快速铺展，从而实现快速高效灭火。

本发明使用的有机溶剂是本产品的重要成分，它是由乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正辛醇、正壬醇、十二醇、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚或丙二醇丁醚中的至少一种组成。其作用是能够提高各物质的溶解度和互溶性，增加泡沫的稳定性以及降低泡沫的凝固点。

本发明使用的稳定剂是本产品的重要成分，可以是尿素、羟甲基纤维素钠、十二烷基醇、三乙醇胺、月桂酰二乙醇胺、十二烷基二甲基氧化胺、聚丙烯酰胺、黄原胶、明胶、阿拉伯胶中的至少两种。其主要作用是提高泡沫稳定性能，增强泡沫液中各物质的互溶性。

本发明使用的抗烧剂优选黄原胶或阻燃尿素。增强泡沫对油面的密封性能，提高泡沫的抗烧性能，同时也可增加泡沫的稳定性。

本发明使用的螯合剂优选EDTA或EDTA二钠。其作用是提高混合体系的耐盐性和抗硬水性，满足本发明产品在海水中的发泡及稳泡性能。

本发明使用的防腐剂优选苯甲酸钠或山梨酸钾。其作用是抑制泡沫液中的微生物，延长泡沫液有效使用期限。

本发明中的含硅表面活性剂为具有下列分子式的化合物中的至少一种：

(1)HO(CH₂CH₂O)_n-(CH₂)₃-(Me₂SiO)₇-SiMe₃

(2)(Me₃SiO)₂Si(Me)-(CH₂)₃-(CH₂CH₂O)_n-H

(3)[(Me₃SiO)₂Si]₂Si(Me)-C₃H₆-(OCH₂CH₂)_n-SO₃Na

(4)[(Me₃SiO)₂Si]₂Si(Me)-C₃H₆-(OCH₂CH₂)_n-O-SO₃Na

其中，n＝6-12。

本发明中的脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性剂为碳链主链长为12-18个碳原子的烷基链，环氧乙烷(EO)加成数为4-12。

本发明的一种高效环保型泡沫灭火剂制备方法为：在搅拌下将上述组成复合表面活性剂的a，b，c依次加入水中组成复合组份A，有机溶剂、稳定剂混合均匀组成组分B，然后将A加入到持续搅拌的B中，充分搅拌，之后向AB混合体系中依次加入抗烧剂、螯合剂、防腐剂，最后用水加至100％，搅拌均匀即为本发明产品。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明能够较长时间贮存使用，不易腐败变质。灭火剂的主要成分及所加入的添加剂无毒、无污染，属于环保型产品。

(2)本发明不含氟类表面活性剂，不存在含氟化合物造成的环境问题，生态降解性能好，价格便宜，具有与含氟类表面活性剂的泡沫灭火剂同等以上的优良灭火性能、抗烧性能，是以往含氟泡沫灭火剂的优良替代品。

(3)本发明制备方法不需加热、过滤、无三废产生，环保节能，生产效率高。

(4)本发明产品使用时与淡水或海水按体积比3:97的比例混合使用，能够快速高效的扑灭无氟火灾。由本发明制成的泡沫稳定性能好、灭火效率高，属于高效环保型产品，可广泛应用于油田、油库、舰船、潜艇、石油化工厂、机库、机场等防火重点单位。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。

实施实例1

分别称取有机硅硫酸盐表面活性剂4kg，非离子型聚醚改性硅油表面活性剂2kg，SDS 10kg，BS-1220kg，月桂醇聚氧乙烯醚Brij305kg依次加入到25kg水中，组成组分A，充分搅拌；同时称取二乙二醇单丁醚5kg，乙二醇15kg，十二醇2kg，正辛醇1kg，正壬醇1kg组成组分B，充分搅拌后，将A加入到持续搅拌的B中，继续搅拌；称取尿素3kg，黄原胶0.3kg，EDTA0.5kg，苯甲酸钠0.3kg依次加入到AB混合体系中，加水至100kg，搅拌均匀即可。

实施实例2

分别称取有机硅磺酸盐8kg，SDBS 15kg，两性咪唑啉15kg，异构十三醇聚氧乙烯醚2kg依次加入到25kg水中，组成组分A，充分搅拌；同时称取二乙二醇单丁醚3kg，二乙二醇乙醚5kg，乙二醇10kg，丙二醇2kg，十二醇3kg组成组分B，充分搅拌后，将A加入到持续搅拌的B中，继续搅拌；称取尿素3kg，黄原胶0.2kg，EATD二钠0.6kg，山梨酸钾0.5kg依次加入到AB混合体系中，加水至100kg，搅拌均匀即可。

实施实例3

分别称取有机硅硫酸盐表面活性剂3kg，有机硅磺酸盐表面活性剂3kg，非离子聚醚改性硅油1kg，SDS 12kg，两性咪唑啉15kg，月桂醇聚氧乙烯醚Brij353kg依次加入到25kg水中，组成组分A，充分搅拌；同时称取乙二醇10kg，二乙二醇单丁醚10kg，十二醇1kg，正辛醇1kg组成组分B，充分搅拌后；A和B分别充分搅拌后，将A加入到持续搅拌的B中，继续搅拌；称取尿素3kg，羟甲基纤维素钠0.6kg，EDTA 0.2kg，苯甲酸钠0.3kg依次加入到AB混合体系中，加水至100kg，搅拌均匀即可。

上述实施例1-3的产品与水按体积比3:97的比例混合配制的溶液各项物化性能和灭火性能均达到GB15308-2006要求。产品自检按“GB15308-2006”国家标准检验，各项技术指标如下：

表1.本发明的环保护型泡沫灭火剂各主要性能测试结果，从表1来看实例1,2,3的产品检测结果都符合国标要求。

表1

总之，从上述实施可以看出本发明的有益效果体现在：

1、环保性能好。现有无氟火灭火剂主要是水成膜泡沫灭火剂，该类灭火剂均以氟类表面活性剂为核心组分，氟类表面活性剂造成的环境问题已不容忽视，国际上已有供应商被迫停止生产含氟类表面活性的水成膜泡沫灭火剂。而本产品不含有氟类表面活性剂，所使用的复合表面活性剂各组成成分均是广泛应用于日用化妆品行业的常用表面活性剂，对生态环境无毒副作用，具有优良的环保性能，是含氟类表面活性剂的水成膜泡沫灭火剂的理想替代品。

2、灭火效率高，抗烧性能好。本发明产品与现有两种成熟的水成膜泡沫灭火剂根据“GB15308-2006附录A”提供的小型灭火实验系统进行了对比试验，性能测试结果如表2所示。从表2能够看出在相同的测试条件下，本发明产品的灭火性能和抗烧性能比现有产品性能优越

表2.本发明的环保型产品与现有产品灭火性能对比测试结果。

表2

检验项目名称	本发明产品	现有产品1#	现有产品2#
				灭火时间，s	46	52	48
抗烧时间，min	13	12	14

3、成本低。传统B类泡沫灭火剂以水成膜泡沫灭火剂应用最广，其核心成分氟碳表面活性剂价格昂贵，导致传统B类泡沫灭火剂成本较高。相较于氟碳表面活性剂，碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂价格低的多，本发明采用碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂复配技术替代氟碳表面活性剂在B类泡沫灭火剂中的应用，大大降低了B类泡沫灭火剂的成本，同时又能保持高效的灭火效率。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高效环保型泡沫灭火剂，其特征在于：配方中不包含任何氟碳类表面活性剂，且泡沫溶液在环己烷表面的扩散系数为正值，配方由复合表面活性剂、有机溶剂、稳定剂、抗烧剂、螯合剂、防腐剂及水组成，其各组分的重量百分比为：

所述复合表面活性剂为(a)阴离子含硅表面活性剂或非离子含硅表面活性剂的至少一种与(b)碳链长为12-18个碳原子的阴离子碳氢表面活性剂或非离子碳氢表面活性剂或两性离子碳氢表面活性剂中的至少一种及(c)聚乙二醇类表面活性剂或脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂中的至少一种进行复合配制得到，(a)、(b)、(c)复合配制后在高效环保型泡沫灭火剂中的质量百分比范围为3％-8％：5％-35％：2％-7％；

所述有机溶剂为乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚或丙二醇丁醚中的至少一种；

所述稳定剂为十二烷基醇、三乙醇胺、月桂酰二乙醇胺、十二烷基二甲基氧化胺、聚丙烯酰胺、黄原胶中的至少两种的组合；

所述抗烧剂为黄原胶、阻燃尿素中的至少一种或组合；

所述螯合剂为EDTA、EDTA二钠中的一种；

所述防腐剂为苯甲酸钠或山梨酸钾；

所述含硅表面活性剂为具有下列分子式的化合物中的至少一种：

(1)HO(CH₂CH₂O)_n-(CH₂)₃-(Me₂SiO)₇-SiMe₃

(2)(Me₃SiO)₂Si(Me)-(CH₂)₃-(CH₂CH₂O)_n-H

(3)[(Me₃SiO)₂Si]₂Si(Me)-C₃H₆-(OCH₂CH₂)_n-SO₃Na

(4)[(Me₃SiO)₂Si]₂Si(Me)-C₃H₆-(OCH₂CH₂)_n-O-SO₃Na

其中，n＝6-12；

所述脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性剂为碳链主链长为12-18个碳原子的烷基链，环氧乙烷(EO)加成数为4-12。

2.一种制备权利要求1所述的高效环保型泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：在搅拌下，将复合表面活性剂为(a)阴离子含硅表面活性剂或非离子含硅表面活性剂的至少一种与(b)碳链长为12-18个碳原子的阴离子碳氢表面活性剂或非离子碳氢表面活性剂或两性离子碳氢表面活性剂中的至少一种及(c)聚乙二醇类表面活性剂或脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂中的至少一种进行复合配制得到后，依次加入水中组成复合组分A，有机溶剂、稳定剂混合均匀组成组分B，然后将A加入到持续搅拌的B中，充分搅拌，之后向不断搅拌的AB混合体系中依次加入抗烧剂、螯合剂、防腐剂，最后用水加至100％，搅拌均匀即为本发明产品。