CN107497092B - 水系灭火剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灭火剂领域，更具体地说，它涉及水系灭火剂。其技术方案要点是：包括以下重量分数的组分：10‑24份起泡剂，3‑8份稳泡剂，0.5‑1.5份调质剂，0.5‑2份增稠剂，还包含溶解上述组分的水。使用以上配方，本发明灭火剂的表面张力控制在30mM/m以下，能够很好的符合A类灭火剂的需求。

Description

水系灭火剂

技术领域

本发明涉及灭火剂领域，更具体地说，它涉及水系灭火剂。

背景技术

灭火剂是指能够有效地破坏燃烧条件，终止燃烧的物质；灭火机理主要是：冷却、窒息、隔离和化学抑制。按其状态特征分为液体灭火剂、固体灭火剂和气体灭火剂三大类。

气态灭火剂中的哈龙灭火剂具有灭火速度快，在极短的时间内将火焰扑灭，而且用量少，易气化，不导电等特点一经问世就在世界各地使用。但是哈龙灭火剂含有卤代烷，排放大气中一经太阳紫外线辐射反应分离出卤素原子，会破坏大气臭氧层，进而影响人类健康和生态环境。因此，1985-1987年国际社会先后制订了相应的公约和议定书禁止使用这类型灭火剂，我国也已经全面废除使用这种灭火器了。

自哈龙灭火剂后，各国都在寻找代替哈龙的灭火剂，为了响应当今社会安全环保的主题，寻找不但能快速灭火，而且对环境亲和，不破坏生态环境的灭火剂，水系灭火剂的探索研究成为一大热点。水作为不燃液体，是最充足的天然灭火剂，而且应用最广泛。但水易于流动，喷射到燃烧区停留时间很短，大部分流失，实际灭火过程中只有小部分发挥了作用，浪费率高，抗复燃性能差。目前已经有很多报道水系灭火剂，主要是为了减缓水的流动性，在水中加入增稠剂、润湿剂、阻燃剂或其他助剂，根据不同类的火灾，添加不同的物质，以增强水的灭火功能。

中国发明专利CN1223893A公开一种高效水系灭火剂，以溴化铵为主，聚磷酸铵为辅，主要用于森林和油田火灾；

中国发明专利CN1530152A公开一种环保型强化水系灭火剂，该灭火剂包括重量百分比为25～40%氟碳表面活性剂、10～25%复合型抗冻剂、20～40%泡沫稳定剂、2～8%阻燃剂,15～25%溶剂,其特征在于所述的氟碳表面活性剂是阴离子、阳离子、两性或非离子表面活性剂，所述的复合型抗冻剂是无机盐和多元醇的混合物,所述的泡沫稳定剂是乙二醇丁醚或二乙二醇丁醚,所述的阻燃剂是磷酸盐,溶剂为溶纤剂、卡必醇或道氏醇。

中国发明专利CN1666792A公开一种环境亲和型液状灭火液，只使用尿素和硫酸铵两种原料，主要用于A级火灾，特别是山火用性能优秀。

中国发明专利CN101024113B公开一种多元复合灭火剂及其制备方法，成泡物质1-6重量份，水50-70重量份，隔热物质30-50重量份，其中，成泡物质选用氟碳表面活性剂，隔热物质选用空心非金属微珠，成效显著。

中国发明专利CN101496940B公开A类泡沫灭火剂浓缩液及其制备方法，灭火剂配料重量千分比组成为：表面活性剂500～600‰、降凝剂30～50‰、阻燃剂50～80‰、稳定剂1～2‰、溶剂50～100‰、防腐剂1～2‰和余量的去离子水，其中稳定剂选用海藻酸钠或黄原胶，提升了水的灭火效果，且便于灭火剂的长期储存。

美国发明专利US2012/0118590A1公开了一种灭火剂及其制备方法，灭火剂是由增稠剂和发泡剂组成的。其中发泡剂选用月桂醇磺基乙酸酯钠盐。

这些专利大部分都是在水中加入发泡剂，对物品燃烧表面起到一定的覆盖左右，还有一些会通过增稠剂减缓水系灭火剂的流动性，延长阻燃时间；但是增稠剂会增加水系灭火剂的黏性，不利于泡沫的流动，且泡沫的水分含量比较少。而不添加增稠剂水系灭火剂流动性太好，又容易造成浪费。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供水系灭火剂，既增加了灭火剂的稠度又保留了灭火剂一定的垂流特性，灭火效果优异。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的，水系灭火剂，包括以下重量分数的组分：

起泡剂 10-24份

稳泡剂 3-8份

调质剂 0.5-1.5份

增稠剂 0.5-2份

还包含溶解上述组分的水。

上述方案中起泡剂产生的泡沫覆盖在物品燃烧表面，能够很好的隔绝空气，提升灭火效果；增稠剂增加灭火剂的稠度，降低水的流动性，延长灭火剂在物品燃烧表面的时间；稳泡剂具有一定的稳定泡沫的作用，保留了灭火剂一定的垂流特性；增稠剂和稳泡剂结合使用，具有一定的保水作用，灭火剂的灭火原理为降温冷却作用或厌氧窒息作用，保水主要为能产生较大的蒸气散热能力及受热蒸气所产生的膨胀体积用于覆盖火场，同时产生冷却及窒息作用，进一步提高了灭火效果，尤其是在灭火设备不是很充足时，效果更加明显；调质剂能够根据需要调节最适pH值，尽可能发挥灭火剂中各组分最大的效应。将各组分溶于水中形成溶液，更方便后期是快速使用，无需在发生火灾时再寻找水源，耽误灭火时机，而且各组分完全溶解也需要一定的时间，将各组分充分溶解于水中，混合的更加均匀，有利于灭火剂中各组分性能的更大化。

组合物溶解于水后会大大降低水的表面张力，表面张力的降低导致更小的水滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相当于更大的比表面积，火场中热量的减少是通过水滴和火的表面接触促进蒸发的热能吸收来实现的，增大比表面积使得相同体积的水与火场有了更多的表面接触，从而加快了水对热能的吸收。水是最环保的溶剂，不容易造成污染。

增稠剂作为一种流变助剂，加入后能调节组合物的流变性，防止填料沉淀，具有胶凝、成膜、持水、悬浮、乳化、泡沫稳定及润滑等功效，还能起着降低成本的作用。

使用以上配方，本发明灭火剂的表面张力控制在30mM/m以下，能够很好的符合A类灭火剂的需求。

本发明进一步设置为：还包括 0.5-2份稳定剂。

稳定剂延长了水系灭火剂的保质期；减少了更换灭火剂的频率，节约能源，而且不容易因更换不及时造成灭火剂失效的情况。

本发明进一步设置为：所述起泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂醇硫酸酯钠和月桂醇磺基乙酸酯钠盐中的一种或两种以上的组合。

十二烷基硫酸钠易溶于水，与阴离子、非离子复配伍性好，具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能，而且起泡速度相对也比较快，对A类火灾有很好的渗透能力；是一种对人体微毒的阴离子表面活性剂，符合环保要求。其生物降解度>90%，不容易对环境造成污染；

十二烷基苯磺酸钠作为一种阴离子表面活性剂，具有良好的表面活性，亲水性较强，不易氧化，起泡力强，去污力高，易与各种助剂复配，成本较低，合成工艺成熟，微毒，符合环保要求。

月桂醇硫酸酯钠易溶于水，起泡力强，泡沫丰满、洁白、细密。

月桂醇磺基乙酸酯钠盐具有良好的表面活性，亲水性较强，符合环保要求。

上述起泡剂都能与各组分进行良好的复配，溶于水中使用时也能良好的起泡，充分发挥灭火性能。

本发明进一步设置为：所述稳泡剂为烷基糖苷或聚丙烯酰胺或白炭黑。

烷基糖苷（APG）是一种绿色、温和、无毒的性能较全面的新型非离子表面活性剂，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性，起泡性好，泡沫丰富、细腻、稳定；溶解性好，耐高温、耐强碱和耐高浓度电解质，有良好的增稠效果；烷基糖苷溶于水能够与水更均匀的混合，稳泡效果更好；而且实验证明，烷基糖苷无刺激性，口服急性毒性极低；烷基糖苷在自然界中能够完全被生物降解，从而避免了对环境造成新的污染。

聚丙烯酰胺无毒，而且具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力；在中性和酸性条件下都有增稠作用，在本发明中不仅可以起到稳泡的作用，还可以延长灭火剂在燃烧物表面的停留时间，增强灭火效果。

白炭黑具有超高表面积，因此具有极高吸附力，易于悬浮，有良好的亲和性及化学稳定性，能够更好的与其他组分复配，稳定泡沫，而且白炭黑在一定程度上还可以提高液体的自由流动性，便于灭火剂覆盖更大的面积，灭火效果更好，也更加节约。

本发明进一步设置为：所述稳泡剂为可溶于水的烷基糖苷。

选用可溶于水的烷基糖苷便于前期的制备，而且放置过程中也不容易分层或沉降，更利于灭火剂的储存。

烷基糖苷相对于其他稳泡剂性能更加优异，起泡性更好，而且在自然界中能够完全被生物降解，更加环保。

本发明进一步设置为：所述稳泡剂为D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物、十二烷基糖苷、十六烷基糖苷、十八烷基糖苷、C8-16烷基糖苷、C12-14烷基糖苷、C12-16烷基糖苷、C12-18烷基糖苷中的一种或两种以上组合。

D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物为非离子界面活性剂一种，有效提升其泡沫的降垂流性，一般A类型泡沬灭火剂都强调其具黏稠性质，但本发明发现适度的缓降垂流特性则有利补足在火场设备不足的环境下使用，原理是就发泡效果而论，增稠剂的增稠作用可推迟消泡时间覆盖火场面积窒息效果更佳，但太长的消泡时间对A类火灾的火场降温会产生影响，而且覆盖期间的流动性能够增加保水面积，更利于降低火场温度，所以细泡沫结构使其流动性增加，而D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物的使用可使泡沫更细致，因此本发明适用于大规模的火场如森林火灾等时效果更加显著。

D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物性质稳定，不易变质；易溶于水，较易溶于常用有机溶剂，表面张力低，泡沫丰富、细腻而稳定，耐强碱强酸、润湿力强、与十二烷基硫酸钠等起泡剂复配，协同效果明显，界面张力进一步降低，灭火效果更好；而且其具有无毒、无害、无刺激、生物降解迅速、完全和杀菌等独特性能，是一种性能全面的绿色表面活性剂。

十二烷基糖苷是新型非离子表面活性剂烷基糖苷的一种，兼具普通非离子和阴离子表面活性剂的特性,属泡沫力最好、去污力最佳的烷基糖苷，应用于本发明配合起泡剂能够更好的发挥灭火效果；易溶于水，能够更好溶于水中，与其他组分进行复配。

十六烷基糖苷、十八烷基糖苷与十二烷基糖苷的性能相近，溶解性好，与其他组分混合均匀，而且泡沫力也很好，与起泡剂协同进一步降低界面张力，提高了灭火效果。

C8-16烷基糖苷是一种温和的非离子表面活性剂，极低刺激性；表面张力低，增稠、发泡性能优异,泡沫丰富，有利于改善本发明灭火剂的发泡能力和稳泡效果，而且泡沫丰富，阻燃效果更好；易溶解，与各种表面活性剂的配伍性好，制备更加简便；易生物降解,是一种环保型的表面活性剂，环保安全。

C12-14烷基糖苷和C12-16烷基糖苷性能类似，都比较温和，对人体刺激小，对皮肤有柔软作用，对眼睛无刺激，具有良好的生态相容性，在制备灭火剂和使用灭火剂的过程中不容易对人体造成伤害，更加安全环保。起泡性良好，能够补充起泡剂的泡沫，应用于本发明中阻燃效果更好。

C12-18烷基糖苷具有优良的去污、发泡、稳泡、乳化、分散、增溶、润湿、渗透能力，应用于本发明中进一步提升了灭火剂发泡的能力，而且稳泡效果显著，渗透性也更加优异。C12-18烷基糖苷耐酸碱，可降低其他表面活性剂的刺激性，无浊点，属于绿色表面活性剂，而且和皮肤的相容性佳不容易对身体造成伤害。

本发明进一步设置为：所述增稠剂为黄原胶、魔芋胶和明胶中的一种或两种以上组合。

黄原胶是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体、性能最优越的生物胶；黄原胶具有长链高分子的一般性能，但它比一般高分子含有较多的官能团，在特定条件下会显示独特性能；它在水溶液中的构象是多样的，不同条件下表现不同的特性；

黄原胶在水中能快速溶解，有很好的水溶性，特别在冷水中也能溶解，可省去繁杂的加工过程，使用方便；黄原胶溶液对酸碱十分稳定，在pH为5-10之间叫其粘度不受影响；对盐的稳定性也很好；

黄原胶溶液具有低浓度高粘度的特性(1%水溶液的粘度相当于明胶的100倍)，是一种高效的增稠剂；

黄原胶溶液的粘度不会随温度的变化而发生很大的变化，一般的多糖因加热会发生粘度变化，黄原胶的水溶液在10-80℃之间粘度几乎没有变化，即使低浓度的水溶液在广阔的温度范围内仍然显示出稳定的高粘度；1%黄原胶溶液(含1%氯化钾)从25℃加热到120℃．其粘度仅降低3%。

由于黄原胶的特性，不能添加太多，经实验发现当黄原胶的重量份数在1.5%-8.5%之间时灭火剂的稠度和黏性综合指标更好。

魔芋胶是天然植物中提取，无毒，主要成分是葡甘露聚糖，具有水溶、增稠、稳定、悬浮、凝胶、成膜、粘结等多种理化特性，在水中可吸水膨胀（80-100倍），增稠效果好。

明胶为无色至淡黄色透明或半透明等薄片或粉粒，不仅有很好的增稠效果，并且无味，无臭，不会损坏人的身体健康；而且明胶作为一种天然的水溶性的生物可降解高分子材料,其优点就是降解产物易被吸收，保护环境。

本发明进一步设置为：所述稳定剂为苯甲酸钠或山梨酸钾。

以界面活性剂为基底的灭火剂本身界面活性剂具备抗菌效果，因此一般的灭火剂可以不用加抗菌防腐剂的，而且制程用纯净水若没有防腐剂的，储存环境符合原厂要求者其保质期为两年多；但是在前期制备过程中，预混时设备容易受微生物污染影响灭火剂的品质，因此本发明添加一定量的苯甲酸钠或山梨酸钾能够起到很好的抗菌作用，提升灭火剂的保质期，经测试发现，加入稳定剂后的灭火剂保质期延长到了六年之久，不容易造成浪费，节能环保。选用苯甲酸钠或山梨酸钾的原因如下。

苯甲酸钠是很常用的食品防腐剂，有防止变质发酸、延长保质期的效果。本发明在灭火组合物中添加，大大延长了灭火剂的保质期，减少资源浪费；苯甲酸钠易溶于水，在水相中达到适当的浓度能穿透微生物组织将其破坏；而且不会产生对环境不良的物质，不易分解或挥发；苯甲酸钠与其他组分均能配伍，不干扰主成分作用同时其他成分也不影响防腐效果。

山梨酸钾是一种不饱和脂肪酸盐，能有效地抑制霉菌、酵母菌和好氧性细菌的活性，还能防止肉毒杆菌、葡萄球菌、沙门氏菌等有害微生物的生长和繁殖；易溶于水，加水后能够很好的跟其他物质均匀混合，在水相中达到适当的浓度能穿透微生物组织将其破坏；毒性远比其他防腐剂的低，它可以被人体的代谢系统吸收而迅速分解为二氧化碳和水，在体内无残留。

苯甲酸钠和山梨酸钾都是食品防腐剂，抑菌环保性能更好，不容易对人身造成伤害。

本发明进一步设置为：所述调质剂为三乙醇胺或二乙醇胺。

通过采用上述技术方案，三乙醇胺和二乙醇胺都易溶于水，与上述组分混合均匀，便于灭火组合物的制备。三乙醇胺和二乙醇胺不易于稳泡剂等发生化学反应，有助于配方配制的成功；三乙醇胺和二乙醇胺为非离子界面剂一种，作为后制程调质剂(pH值)，同时有助于降低界面张力，进一步提高水系灭火剂的灭火效果。

本发明进一步设置为：各组分溶于水后继续加水稀释，灭火剂的总重量是灭火剂除水以外的组分重量总和的25-35倍。

不同类型的火，不同的火势对灭火剂的的要求不同，根据需要加水稀释1-35倍后能够更好利用灭火剂，即实现更好的灭火，又可以尽量减少浪费。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一、灭火剂配方中的物质易溶于水，使用时，加水更容易溶解并混合均匀，灭火效果更好。

其二、灭火剂配方中的物质溶于水后发生协同反应，能够使灭火剂的表面张力显著降低，起泡性良好，表面张力的降低导致更小的水滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相当于更大的比表面积，火场中热量的减少是通过水滴和火的表面接触促进蒸发的热能吸收来实现的，增大比表面积使得相同体积的水与火场有了更多的表面接触，从而加快了水对热能的吸收。提高了水系灭火剂中单一组分的灭火效果。

其三、水系灭火剂的配方中的化合物均为无毒或低毒，对环境友好，对人体也几乎无伤害，更符合当今社会保护的主题。

其四、使用水作为溶剂，成本低，而且环保，不容易造成污染；同时在水中加入水系灭火剂，也提高了水的灭火效果，更加节约水资源。

其五、灭火剂中起泡剂产生泡沫，有助于阻燃，增稠剂增加灭火剂的稠度，降低水的流动性，延长灭火剂在物品燃烧表面的时间，阻燃和渗透效果更好；稳泡剂具有一定的稳定泡沫的作用，保留了灭火剂一定的垂流特性；增稠剂和稳泡剂结合使用，具有一定的保水作用，灭火剂的灭火原理为降温冷却作用或厌氧窒息作用，保水主要为能产生较大的蒸气散热能力及受热蒸气所产生的膨胀体积用于覆盖火场，同时产生冷却及窒息作用，进一步提高了灭火效果，尤其是在灭火设备不是很充足时，效果更加明显。

其六、将烷基糖苷和十二烷基硫酸钠同时溶入适量的水中，十二烷基硫酸钠对烷基糖苷具有很好的乳化、发泡作用，形成的泡沫细腻，而且渗透作用好，不仅能够很好的覆盖阻绝空气，而且渗透到着火的物品上，遇热后迅速气化，产生很大的作用表面，大大提高了热量吸收率，使燃烧表面温度迅速降低，达到冷却效应；遇热后水系灭火剂迅速蒸发扩张，也能有效的排除火场中的空气，并在火场周围形成屏幕，阻隔火场外的空气导入，并稀释火灾附近空气中氧气的含量，进一步提高灭火效率。

附图说明

图1为干粉火场温度曲线图(T-t)；

图2为泡沫火场温度曲线图(T-t)；

图3为本发明火场温度曲线图(T-t)。

具体实施方式

下面结合附图、表格和实施例，对本发明进行详细描述。

水系灭火剂，按照正交试验法，按照表1中实施例1-实施例18的组分和重量配比配制18种灭火剂，将各组分中的化合物按比例称取好后加入水中混合均匀，水的量为先溶解各实施例中的全部组分，继续加水稀释，使灭火剂的总重量增加到灭火剂除水以外的组分重量总和的25-35倍，优选为30倍。水的选用可以选用淡水也可以使用海水。配制好后储存在0-45℃的环境中等待分装。

十二烷基硫酸钠可以用十二烷基苯磺酸钠、月桂醇硫酸酯钠和月桂醇磺基乙酸酯钠盐中的一种或两种以上的组合代替；黄原胶可以由魔芋胶或明胶代替，可以是黄原胶、魔芋胶和明胶中两种以上的混合物。苯甲酸钠还可以用山梨酸钾代替。D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物还替换为用十二烷基糖苷、十六烷基糖苷、十八烷基糖苷、C8-16烷基糖苷、C12-14烷基糖苷、C12-16烷基糖苷、C12-18烷基糖苷中的一种或两种以上组合。三乙醇胺可以用二乙醇胺代替。苯甲酸钠可以用山梨酸钾代替。

对于流体物质，具有流动的特性，也就是受到外力和重力的作用时，它会像液体那样向四面八方流动。这种因受力而流开的性质称为流体的流动性，其流动性的大小就是流体的稠度，流动性越好，稠度越小，流动性越差，稠度越大。因此本发明对实施例1-实施例18进行了流动性测试。

流体在运动状态下抵抗剪切变形速率能力的性质，称为粘滞性或简称黏性。黏性是流体的固有属性，是运动流体产生机械能损失的根源。

当一部分流体受力的作用产生运动时，必然在一定程度上带动邻近流体。因此又可把黏性看成是分子间的内摩擦，这种内摩擦抵抗着流体内部速度差的扩大，当灭火剂具有一定的黏性时，有利于在燃烧物表面形成一定厚度的稳定覆盖层；但是灭火剂黏性过高时，水分含量较少，降温效果会变差；也容易影响灭火剂产生的泡沫的流动速度，虽然覆盖在燃烧物表面的泡沫厚度会进一步增加，但是不利于泡沫的扩散，同等量的灭火剂的覆盖面积减小，不利于快速灭火；尤其是当灭火剂含量比较少时，更会明显的影响灭火效果。因此本发明对实施例1-实施例18进行了黏性测试。

表1对实施例1-实施例18中所含组分、各组分相应重量配比和各实施例流动性和黏性的汇总。

备注：流动性测试条件为观察各个实施例在木材、煤、纸张上的流动性，并测试各个实施例的黏性。其中流动性以水的流动性为1，根据灭火剂流动速度与水的流动速度的比值a来评判流动性，设定a=0.8~1，非常优秀；a=0.6~0.8，优秀；a=0.4~0.6，良好；a=0.3~0.4，较差；a<0.3,非常差。

黏性的测试如下，以单位时间单位体积的水在纸上的扩散面积为1，并测试各个实施例中单位时间单位体积的水在纸上的扩散面积b，设定b=0.8~1，非常差；b=0.6~0.8，较差；b=0.4~0.6，良好；b=0.3~0.4,优秀；b<0.3,非常优秀。

实施例19

水系灭火剂，实施例19与实施例16的不同之处在于用8份C8-16烷基糖苷代替8份D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物。经测试实施例19的流动性和黏性与实施例16无明显差别。

实施例20

水系灭火剂，实施例20与实施例16的不同之处在于用8份十二烷基糖苷代替8份D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物。经测试实施例20的流动性和黏性与实施例16无明显差别。

对比例1

水系灭火剂，包括以下重量分数的组分：

D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物3份

苯甲酸钠0.5份

三乙醇胺0.5份

黄原胶0.5份

将以上化合物中溶于水中，并继续加水使最后灭火剂的体积等于实施例1中灭火剂的体积，配制好后待测试。

对比例2

水系灭火剂，包括以下重量分数的组分：

十二烷基硫酸钠10份

苯甲酸钠5份

三乙醇胺5份

黄原胶5份

将以上化合物中溶于水中，并继续加水使最后灭火剂的体积等于实施例1中灭火剂的体积，配制好后待测试。

结果分析

通过实施例1-20和对比例1-2的比较，得到以下结论：

实施例1-16的流动性和黏性指标无明显差别，都有良好的流动性和良好的黏性，流动性和扩散性比较均衡，即实现了燃烧物表面形成一定厚度的覆盖层，隔离燃烧表面和空气的效果，也具有一定的扩散性和流动性，燃烧物表面形成的覆盖层不会过厚，灭火剂覆盖的面积更大，灭火剂的利用率更高，也更适合火场设备不足的环境下使用。

实施例17中黄原胶的量增加，提高了灭火剂的黏性，降低了灭火剂的流动性，虽然有利于在燃烧表面生成更厚的覆盖层，隔离效果更好，但是流动性和扩散程度降低，也降低了灭火剂的利用率。

实施例18中未添加黄原胶作为增稠剂，灭火剂的流动性很好，但是黏性较差，灭火剂在燃烧表面停留的时间比较短，不容易形成稳定的覆盖层，也影响了灭火剂的灭火效果。

实施例19和实施例20中分别使用同等重量份数的C8-16烷基糖苷和十二烷基糖苷代替了D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物，并没有明显影响灭火剂的流动性和黏性，灭火效果也很好。

对比例1中没有添加十二烷基硫酸钠，相对于添加了十二烷基硫酸钠的灭火剂的泡沫覆盖能力下降，对A类火灾的渗透能力也有所下降。

对比例2中没有添加D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物，相对于添加了D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物的灭火剂泡沫的流动性有所下降，而且泡沫也相对不够细致。

总的来说，D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物的表面张力比十二烷基硫酸钠的表面张力低，D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物和十二烷基硫酸钠复配后，产生了协同效应，表面张力进一步降低；表面张力的降低导致更小的水滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相当于更大的比表面积，火场中热量的减少是通过水滴和火的表面接触促进蒸发的热能吸收来实现的，增大比表面积使得相同体积的水与火场有了更多的表面接触，从而加快了水对热能的吸收。

而且经过实验还发现，由于D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物和十二烷基硫酸钠的协同效应，水系灭火剂的起泡高度得到大幅度提高，而且泡沫维持时间长，进一步延长了隔离燃烧表面和空气的时间，提高了灭火效果。

D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物，为非离子界面活性剂，有助于降低灭火剂的界面张力，能有效提升其泡沫的降垂流性，适度的缓降垂流特性则有利补足在火场设备不足的环境下使用，所以适合大规模的火场如森林火灾等。采用实施例1-16重量分数的组分同时最大限度的避免了配置过程中及液体灭火剂放置过程产生沉淀的现象。而且D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物很好的延缓了灭火剂灭火效能随时间降解现象。

十二烷基硫酸钠为环保型阴离子界面活性剂主要功能作为起泡剂，有很好的生物降解性质被广为使用，有助于降低表面张力，对A类火灾则有渗透能力，采用实施例1-16的组分及重量配比在增加渗透性能的基础上，几乎不会影响水系灭火剂的表面张力。

三乙醇胺在生产水系灭火剂的过程中很好的调节溶液的pH值到碱性，使D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物和十二烷基硫酸钠能够更好的发挥灭火效果。

苯甲酸钠添加物可延长保期质，经实验测试产品保期质通常可维持6年以上。

黄原胶主要当增稠剂使用，对泡沬的覆盖能力甚为重要，对深层火灾如煤碳火,泥碳火可延长渗透时间，尽量避免灭火剂喷到燃烧表面后迅速流失影响灭火效果；但用量太多，黏性过高会影响设备的操作范围，对降温特性也会造成影响，使用的设备需较特殊性，同时原液使用会因黏稠操作上也较不方便，机动性上也会影响，制程上较复杂；采用实施例1-16的组分及重量配比基本不会影响水系灭火剂的其他性能。

经过反复实验发现，综合灭火速率、降温速度、复燃情况、成本等方面，实施例1-16的组分及重量配比为相对理想的配比。

反应机理：（1）将灭火剂溶于水，其中的D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物降低灭火剂的表面张力，表面张力的降低导致更小的水滴和微泡的形成，更小的水滴和微泡相当于更大的比表面积，火场中热量的减少是通过水滴和火的表面接触促进蒸发的热能吸收来实现的，增大比表面积使得相同体积的水与火场有了更多的表面接触，从而加快了水对热能的吸收。

（2）D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物和十二烷基硫酸钠均为两亲性分子结构，具有极性端（亲水）和非极性端（疏水），且两端之间有足够长的距离实现这两端相互独立的行动。该特点使得分子分布在水滴中特定的位置，极性端使水的非极性端不溶于水，导致非极性端和燃料及辐射能的接触。

（3）快速降温，当水滴集中在火上水系灭火剂分子有很好的吸热和导热效果，非极性端寻找热量传递给极性端吸收热量，一旦热量被传递到水滴中，极性端加热水滴，内部分子将其转变为蒸气，这个变化过程使水吸收了大量的能量，从而实现了燃烧表面的快速降温。

（4）中断自由基链式反应：自由基是具有高能量的分子碎片自由基高速碰撞燃料，便能释放出热量和更多的自由基，这就建立了一种传播似的燃烧链式反应，水系灭火剂因为其高分子量，从而抑制链式反应的发生，当燃烧系统的能量因为自由基的高能量吸收而减少时燃烧就停止。

本发明的性能分析

1.本发明产品的性能汇总

表2 本发明性能汇总。

由表2中表明本发明安全性能很好，对环境的影响很小；而且由于各个组分的协同作用，灭火效果良好，防复燃效果也好，适合广泛推广。

2.灭火性能比较分析

如表3所示为本发明与化学泡沫及干粉灭火剂的灭火性能比较。

表3本发明与化学泡沫及干粉灭火剂的灭火性能比较。

表3简易显示各类灭火剂使用时机，坐标轴数字表示该灭火剂相对该类型火灾选用时机，数字愈大显示灭火剂对该类型灭火性能愈佳，应用各类火灾参考性能值大于 4 者建议使用。

测试条件及评等:

A类火依水系灭火剂GB标准6公升灭火剂量需达1A灭火等级。(满足评予上表4等级)，达2A以上灭火等级。(评予上表 5 等级)

B类火依水系灭火剂GB标准6公升灭火剂量需达55B灭火等级。(满足评予上表4等级)，达70B以上灭火等级。(评予上表 5 等级)

C类火国际上并无灭火等级，使用细水雾设备需满足液滴直径要求后建议使用。

D类火国际上并无灭火等级，产品需个别宣告使用范围属于推荐使用。

K类火依简易型灭火器GB标准1公升以下灭火剂需达5F灭火等级。(满足评予上表4等级)，达35F以上灭火等级。(评予上表5等级)

按照上述所述的测试条件，分别用化学泡沫灭火剂、干粉灭火剂和本发明对大型A类火、小型B类火、C类火、D类火、K类火进行灭火。

从表3中可以得出，

对于A类火灾(建筑物/森林/轮胎)，干粉灭火剂使用时机较适用于初期灭火，对大型A类火灾则无法有效控制，本发明GB标准6公升灭火剂量达2A灭火等级，不受使用时间的限制。化学泡沫灭火剂的灭火效果也没有本发明的灭火效果好。

对于C类火灾(电机/变压场所)本发明采用细水雾喷射系统可以使用，而干粉灭火剂只能适用较小规模C类电器火灾。化学泡沫灭火剂的灭火效果也没有本发明的灭火效果好。

对于K类火灾(厨房油锅场所)本发明采用细水雾喷射系统可以使用，而干粉灭火剂只能适用较小规模K类火灾。依简易型灭火器GB标准1公升以下灭火剂需达5F灭火等级，本发明500ml即可达到5F灭火等级标准。化学泡沫灭火剂的灭火效果也没有本发明的灭火效果好。

2. 制火能力评估 EA

评估大规模火场如森林火灾之特性在于短时间内燃烧大量生物质量，释放巨大能量及浓烟，致林木死亡或灼伤，使森林之国土保安、水源涵养功能大为降低，破坏自然景观及野生动物栖息环境，短期内难以恢复，对森林生态系造成重大影响。若以一般的灭火效能值EV测试灭火剂性能值来评估灭火方式及设备需求，以大规模火场的不定向性而言是不适当的。因此制火能力评估 EA应广义解释及评估大规模火场试验理论。

森林火灾之发生必须有燃料、热源及氧气等三项条件之存在，移除下列任一项条件，即可达到灭火目的理论上是合理的。

燃料：分布于地表层之枯枝落叶、枯倒木、杂草、灌丛等有机物质都是燃料的组成，最易起火；树冠、枝条是树冠火的来源；根系、埋藏枯木是地下火的来源。

热源：森林中的燃料燃烧点为250-300℃，因此，极容易受天然或人为影响产生火源。

氧气：随森林之生长有所变化，密林之空气不易流通，林火扩展速度较慢。

另外气象及地形等自然条件因子所形成的森林火灾环境，也属复杂性且不定向性难以资料推测表示；

气象因子：如湿度对于森林火的控制具有重要影响，大气中之相对湿度与温度的变化及风向、风速决定森林火的扩展速度。山区干旱异常时，若稍有不慎则星火即可燎原。

地形因子：地形变化产生区域性的微气候，如不同坡地之谷地，其日夜间风向呈相反状态，日间风由山谷吹向山顶，夜间风由山顶吹向山谷；坡度较陡的火易扩张；在峡谷地区之森林火灾则呈烟囱效应。森林火灾依发生之海拔高度，可概分为高山草原火灾、中高海拔针叶树林火灾、中低海拔针阔叶混交林火灾、低海拔阔叶树林火灾及海岸林火灾等数种型式，需就其境况加以推估模拟灾害之规模。

广义解释及评估火场试验理论，本实验理论是以药剂类型(干粉灭火剂、泡沫灭火剂及本发明)区分，在相同初期火场温度(T)仿真藉各灭火药剂的降温特性，比较由开始灭火(ts)到初期熄火点(t1)，经过火场闷烧期及复燃期直到灭火结束(t1-t2)，统计全程灭火时间(t)之相对火场温度曲线图(T-t)如附表，（图注：(ts)表示开始灭火时间，此时相对火场温度为最高温度；(t1)表示火场熄火时间。）

图1 干粉灭火剂火场温度曲线图(T-t)；

图2 泡沫灭火剂火场温度曲线图(T-t)；

图3 本发明火场温度曲线图(T-t)。

并模拟计算各操作期曲线的相对积分面积。积分面积愈小表示相对火场之灭火能力较佳。

干粉灭火剂由于主要成分为磷酸铵盐，其粉粒一般在20μm左右，质量轻，表面空气阻隔快速。化学灭火剂的粒径与灭火效率成反比关系，即粒径越小，灭火效率越高。干粉灭火剂的(t1)时间较短是由于扩散面积大，阻隔空气优势造成，但相对火场温度仍较高。

泡沫灭火剂及本发明虽同属水基型应用，但泡沫灭火剂主要是以泡沫覆盖阻隔空气及水冷却达到灭火效果。

本发明泡沫细腻，不仅能够瞬时覆盖隔绝空气的功能，而且不是将热源包覆而是遇热后迅速气化，产生很大的作用表面能，使热量吸收效率达到最大（1升水变成水蒸气，需要吸收335KJ的热量），使燃烧表面温度迅速下降，达到冷却效应，遇热后迅速蒸发扩张（约1000多倍以上），有效排除火场中的空气，并在火场周围形成隔幕，阻隔火场外的空气流入，并稀释火灾附近空气中的氧气含量，使其产生窒息反应而灭火。本发明有效利用其水含量及抗垂流特性，产生深层浸润效果，虽然(t1)时间较长，但是此时火场温度已控制在燃料的燃烧点以下，复燃几率较低。从图1-2得出三种灭火剂在各自(t1)时间内相对曲线之积分面积(Area 1)差异性不大。

(t1)到(t2)为火场的闷燃期，对干粉灭火剂而言，由于(t1)的相对温度很高，其辐射热量相当大，向周围空间传递并达燃料燃点造成火场周期性复燃，造成(t1-t2)曲线积分面积(Area 2)较大。反观本发明由于(t1)相对温度低能够有效吸收和阻隔火源辐射热，有效地抵制辐射热引燃二次火灾，防止火灾的蔓延。其(t1-t2)曲线积分面积(Area 2)较小。泡沫灭火剂的曲线积分面积(Area 2)居中。

综观上述理论其定义火场的相对灭火能力以数学式表示:EA = (Area 1) +(Area 2)。广义解释火场温度曲线(T-t)积分面积较小者其灭火能力较佳。

3.本发明与水性能对比测试实例

测试日期：2015/10/28

测试地点：中国 吉林

由以上实例看出本发明的配方相对于水来说灭火时间大幅下降，灭火后火场温度也更低，灭火剂的使用量也更少，而且对于三种火灾防复燃性都很好。

综合以上分析、测试可知，本发明具有以下优点：

(A) 符合环保要求：使用无毒性的天然原料作为基材，对于自然生态及人体不会成破坏与毒害。

(B) 瞬间溶解：自动溶解于水，无需动力辅助水溶过程，溶水后不会出现离析、分层、沉淀之现象。

(C) 快速降温、不复燃：因其渗透力极佳且附有保水性，始燃烧物得以迅速降温并将复燃率降至最低。

(D) 兼容性：可使用海水或淡水稀释。

(E) 应用：

a.A类火灾应用：非常适合在 A 类火灾救火(木制品、纸纤维、棉、布、合成树脂、橡胶、塑料)，具有优良的润湿性和卓越的渗透能力，适合各类固定型喷嘴或可变喷嘴系统。现有的洒水系统可以很容易地转换系统使用。

b.林业及矿业应用：对于A类火灾其穿透力比普通水更快，可节省水的用量。林业火灾可搭配包括直升机和固定翼飞机及各类车载喷射系统能有效控制火势蔓延，本发明可作为预混物对矿井火灾快速润湿冷却和排放更多深层次的火灾所产生的蒸汽热能，从而降低温度和灭火。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.水系灭火剂，其特征是，由以下重量分数的组分组成：

起泡剂 10-24份

稳泡剂 3-8份

调质剂 0.5-1.5份

增稠剂 0.5-2份

稳定剂0.5-2份

以及溶解上述组分的水，所述起泡剂为十二烷基硫酸钠，所述稳泡剂为D-葡萄哌喃糖癸基辛基醣苷寡聚物，所述增稠剂为黄原胶，所述调质剂为三乙醇胺，所述稳定剂为苯甲酸钠，各组分溶于水后继续加水稀释，灭火剂的总重量是灭火剂除水以外的组分重量总和的25-35倍。

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