CN109966689A

CN109966689A - 一种固体泡沫灭火剂

Info

Publication number: CN109966689A
Application number: CN201910280869.9A
Authority: CN
Inventors: 贾旭宏; 朱新华; 雒雨桢; 刘全义
Original assignee: Civil Aviation Flight University of China
Current assignee: Civil Aviation Flight University of China
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2019-07-05

Abstract

本发明公开了一种固体泡沫灭火剂，按重量份计，其制备原料至少包含：氟碳表面活性剂20～100份、碳氢表面活性剂1～60份、发泡剂1～20份、稳泡剂1～20份、增稠剂0.1～1份、润滑剂1～10份、防潮剂1～10份。将传统液体泡沫灭火剂改为固体粉末配方，其可在极短的时间内迅速在水中溶解，在火灾现场立即生成灭火所需的丰富稳定泡沫，灭火效果可与现有技术中的液体泡沫灭火剂相同甚至更好，还可极大地降低消防车的载重负荷，提高消防车的灭火能力，使单位体积或单位重量的灭火剂灭火效率大大提高。

Description

一种固体泡沫灭火剂

技术领域

本发明涉及灭火剂材料领域，尤其涉及一种固体泡沫灭火剂。

背景技术

水成膜泡沫灭火剂(AFFF)具有灭火速度快、效率高、抗复燃能力强、贮存期长、污染小、可适用于大型火灾、可扑灭缝隙及死角的油火等诸多优势，是扑灭油类火灾的主力灭火剂。众所周知，水成膜泡沫灭火剂是以液态形式储存和使用的，其核心成分氟碳表面活性剂(FCS)在水成膜泡沫灭火剂浓缩液中的质量百分数约为4～6wt％。纯净的氟碳表面活性剂呈晶体或粉末状，而工业级氟碳表面活性剂均为其水或者有机溶剂溶液(如F1157)，其中纯氟碳表面活性剂的质量百分数约为30wt％。可见一般的水成膜泡沫灭火剂配方中，纯氟碳表面活性剂的含量仅为1.2～1.8wt％。鉴于水成膜泡沫灭火剂浓缩液在灭火前需要先按照一定比例(一般为6wt％或3wt％)与水混合，氟碳表面活性剂在泡沫液中的实际含量仅为0.72～1.08wt‰。

若将水成膜泡沫灭火剂制成固体粉末，且该粉末能在高速水流冲刷下迅速溶解，在极短的时间内即可使水溶液中氟碳表面活性剂的含量达到1wt‰以上，则可保证其与液态水成膜泡沫灭火剂具有相同的发泡及灭火效果。将水成膜泡沫灭火剂配方由液态变为固态，可使泡沫灭火剂的质量和体积降至原来的5％甚至更低，这将大大提高单台泡沫消防车的灭火救援能力。目前国内单台消防车的泡沫液载重量一般为1～3吨，若改用固体泡沫灭火剂，则重量预计仅为50～150千克，其重量和体积基本可以忽略不计，可明显降低机场消防车的载重负荷；若灭火药剂载重量不变，则单台泡沫消防车一次出警的灭火能力将提升20倍以上。因此，发明固体泡沫灭火剂，可望大幅提升单位体积/重量泡沫灭火剂的灭火效率，从而显著提高油类火灾事故的应急救援能力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固体泡沫灭火剂，按重量份计，其制备原料至少包含：氟碳表面活性剂20～100份、碳氢表面活性剂1～60份、发泡剂1～20份、稳泡剂1～20份、增稠剂0.1～1份、润滑剂1～10份、防潮剂1～10份。

作为一种优选的技术方案，所述氟碳表面活性剂为其中n＝0～9，m＝2～5，X为卤素，R为亲水基团。

作为一种优选的技术方案，所述卤素选自F、Cl、Br、I中的一种。

作为一种优选的技术方案，所述亲水基团选择羟基、羧基、磺酸基、磷酸基中的一种。

作为一种优选的技术方案，所述碳氢表面活性剂选自烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基羧酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种的混合。

作为一种优选的技术方案，所述发泡剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱、月桂酸二乙醇酰胺中的一种或多种的混合。

作为一种优选的技术方案，所述稳泡剂选自α-烯基磺酸钠、三乙醇胺、二乙二醇丁醚、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、十二烷基二甲基氧化胺中的一种或多种的混合。

作为一种优选的技术方案，所述增稠剂选自黄原胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶、阿拉伯树胶中的一种或多种的混合。

作为一种优选的技术方案，所述润滑剂选自硬脂酸镁、云母粉、滑石粉、石墨、二硫化钼、氟化石墨、聚四氟乙烯中的一种或多种的混合。

作为一种优选的技术方案，所述防潮剂选自硅胶、生石灰、蒙脱石、氯化钙、氧化铝中的一种或多种的混合。

有益效果：本申请提供的一种固体泡沫灭火剂，将传统液体泡沫灭火剂改为固体粉末配方，其可在极短的时间内迅速在水中溶解，在火灾现场立即生成灭火所需的丰富稳定泡沫，灭火效果可与现有技术中的液体泡沫灭火剂相同甚至更好，还可极大地降低消防车的载重负荷，提高消防车的灭火能力，使单位体积或单位重量的灭火剂灭火效率大大提高。

具体实施方式

结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

氟碳表面活性剂

氟碳表面活性剂是指碳氢表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部或部分被氟原子取代，由于氟的特殊性，氟碳链同时具备了优异的疏水性和疏油性，此外相比于碳氢表面活性剂，氟碳表面活性剂的表面活性更高，化学稳定性和热稳定性更好。在消防领域中，氟碳表面活性剂是泡沫灭火剂的主要成分，尤其对于油类起火，使用了氟碳表面活性剂后灭火速度快，且不易复燃。

在一些优选的实施方式中，所述氟碳表面活性剂为其中n＝0～9，m＝2～5，X为卤素，R为亲水基团；进一步优选的，所述卤素选自F、Cl、Br、I中的一种；更进一步的，所述亲水基团选择羟基、羧基、磺酸基、磷酸基中的一种。

在一些优选的实施方式中，所述的制备方法包括以下步骤：

a.合成中间产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将全氟烷基磺酰氟滴加在3-二甲氨基丙胺的甲苯溶液中，边滴加边搅拌，滴加完成后继续搅拌反应1～2小时，然后加热至45℃，在此温度下反应2～4小时，待溶剂蒸干后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到中间产物；

b.合成目标产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将中间产物加入卤代乙醇的乙腈溶液中，所得的混合溶液在80℃回流8～10小时，蒸干溶剂后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到目标产物。

在一些优选的实施方式中，所述步骤a中的全氟烷基磺酰氟选自全氟丁基磺酰氟、全氟己基磺酰氟、全氟辛基磺酰氟、全氟乙基磺酰氟中的一种。

在一些优选的实施方式中，所述步骤b中的卤代乙醇选自氟乙醇、氯乙醇、溴乙醇、碘乙醇中的一种。

碳氢表面活性剂

碳氢表面活性剂，是指加入少量就可使溶液体系的界面状态发生明显变化的物质，其分子具有两亲性，一端为亲水基团，如羟基、羧基、磺酸基、硫酸基、氨基等；另一端为疏水基团，多为非极性烃链。本申请中的碳氢表面活性剂无特殊限定，可为市售。

碳氢表面活性剂可分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。

在一些实施方式中，所述阳离子表面活性剂可列举烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基铵盐、烷基二甲基苄基铵盐、溴化二甲基苄基十二烷基铵、苄基三乙基氯化铵、苯扎氯胺、苯扎溴胺。

在一些实施方式中，所述阴离子表面活性剂可列举聚丙烯酰胺、二乙醇酰胺、硬脂酸甘油单酯、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基羧酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷酸盐、脂肪醇硫酸盐、月桂基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐。

在一些实施方式中，所述两性离子表面活性剂可列举卵磷脂、月桂酰基谷氨酸、十二烷基氨基丙酸、烷基二甲基甜菜碱、烷基二甲基磺乙基甜菜碱、烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱。

在一些实施方式中，所述非离子表面活性剂可列举烷基糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、、脂肪醇聚氧乙烯醚。

在一些优选的实施方式中，所述碳氢表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚。

在一些优选的实施方式中，所述氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的比例为(1～9)：2；进一步优选的，所述氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的比例为(2～5)：2；更进一步的，所述氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的比例为3：2。

发泡剂

发泡剂是指其水溶液在引入空气的情况下可产生大量泡沫的表面活性剂，因其大大降低了液体的表面张力，并在液膜表面呈双电子层排列将空气包围其中，形成气泡，再由气泡组成了泡沫。本申请中的发泡剂无特殊限定，可为市售。

在一些实施方式中，所述发泡剂可列举十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪酸钠、月桂油谷氨酸钠、十二烷基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱、月桂酸二乙醇酰胺。

在一些优选的实施方式中，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。

稳泡剂

在油类火灾中，泡沫遇油易消泡，稳泡剂可以延长和稳定泡沫，使其保持长久性能。本申请中的稳泡剂无特殊限定，可为市售。

在一些实施方式中，所述稳泡剂可列举α-烯基磺酸钠、三乙醇胺、二乙二醇丁醚、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺。

在一些优选的实施方式中，所述稳泡剂为α-烯基磺酸钠。

增稠剂

通过在灭火剂中加入少量增稠剂，可以适当提高水的粘度，增加水在燃烧物表面的附着力，减少灭火水的流失。本申请中的增稠剂无特殊限定，可为市售。

在一些实施方式中，所述增稠剂可列举黄原胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶、阿拉伯树胶、淀粉、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚丙烯醇、糊精。

在一些优选的实施方式中，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。

润滑剂

本发明为固体粉末状，润滑剂的加入可以防止粉末结块，使其更易溶解。本申请中的润滑剂无特殊限定，可为市售。

在一些实施方式中，所述润滑剂可列举硬脂酸镁、云母粉、滑石粉、石墨、二硫化钼、氟化石墨、聚四氟乙烯、氮化硼。

在一些优选的实施方式中，所述润滑剂为滑石粉。

防潮剂

本发明中的部分成分具有吸湿性，吸湿后粉末易结块，不易溶解，影响灭火效率，加入防潮剂可以延长本发明中所述固体泡沫灭火剂的保存时间，并保证其使用效果。本申请中的防潮剂无特殊限定，可为市售。

在一些实施方式中，所述防潮剂可列举硅胶、生石灰、蒙脱石、氯化钙、氧化铝。

在一些优选的实施方式中，所述防潮剂为氯化钙。

在一些优选的实施方式中，所述固体泡沫灭火剂的制备方法为：将氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂、发泡剂、稳泡剂、增稠剂、润滑剂和防潮剂依次加入，研磨至均匀固体粉末，即得。

在一些优选的实施方式中，所述固体泡沫灭火剂的使用方法为：将固体泡沫灭火剂用水溶解后，由泡沫枪喷出泡沫灭火。

本申请中的固体泡沫灭火剂使用了水溶性的氟碳表面活性剂，并通过加入碳氢表面活性剂进一步改善氟碳表面活性剂的溶解性，以实现固体泡沫灭火剂的迅速溶解，配合现场的高速消防水流可以制造出稳定性良好的泡沫，灭火速度快，抗烧时间长，与现有的液体泡沫灭火剂灭火效果相同甚至更好，还可以大大降低消防车的载重负荷，提高灭火效率。

实施例

以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

实施例1提供了一种固体泡沫灭火剂，按重量份计，其制备原料包含：60份、月桂醇聚氧乙烯醚(CAS：9002-92-0)40份、十二烷基硫酸钠(CAS：151-21-3)10份、α-烯基磺酸钠(CAS：68439-57-6)10份、羧甲基纤维素钠(CAS：9004-32-4)0.5份、滑石粉(CAS：14807-96-6)5份、氯化钙(CAS：10043-52-4)5份。

所述的制备方法包括以下步骤：

a.合成中间产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将全氟丁基磺酰氟(CAS：375-72-4)滴加在3-二甲氨基丙胺(CAS：109-55-7)的甲苯溶液中，边滴加边搅拌，滴加完成后继续搅拌反应2小时，然后加热至45℃，在此温度下反应4小时，待溶剂蒸干后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到中间产物；

b.合成目标产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将中间产物加入溴乙醇(CAS：540-51-2)的乙腈溶液中，所得的混合溶液在80℃回流10小时，蒸干溶剂后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到目标产物。

本例还提供了所述固体泡沫灭火剂的制备方法：将月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、羧甲基纤维素钠、滑石粉、氯化钙依次加入，研磨至均匀固体粉末，即得。

本例中固体泡沫灭火剂的使用方法为：将固体泡沫灭火剂用水溶解，其中的质量千分数为12.5wt‰，由泡沫枪喷出泡沫灭火。

实施例2

实施例2提供了一种固体泡沫灭火剂，按重量份计，其制备原料包含：90份、月桂醇聚氧乙烯醚20份、十二烷基硫酸钠10份、α-烯基磺酸钠10份、羧甲基纤维素钠0.5份、滑石粉5份、氯化钙5份。

所述的制备方法包括以下步骤：

a.合成中间产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将全氟己基磺酰氟(CAS：423-50-7)滴加在3-二甲氨基丙胺的甲苯溶液中，边滴加边搅拌，滴加完成后继续搅拌反应2小时，然后加热至45℃，在此温度下反应4小时，待溶剂蒸干后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到中间产物；

b.合成目标产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将中间产物加入氟乙醇(CAS：371-62-0)的乙腈溶液中，所得的混合溶液在80℃回流10小时，蒸干溶剂后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到目标产物。

实施例3

实施例3提供了一种固体泡沫灭火剂，按重量份计，其制备原料包含：30份、月桂醇聚氧乙烯醚60份、十二烷基硫酸钠10份、α-烯基磺酸钠10份、羧甲基纤维素钠0.5份、滑石粉5份、氯化钙5份。

所述的制备方法包括以下步骤：

a.合成中间产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将全氟辛基磺酰氟(CAS：307-35-7)滴加在3-二甲氨基丙胺的甲苯溶液中，边滴加边搅拌，滴加完成后继续搅拌反应2小时，然后加热至45℃，在此温度下反应4小时，待溶剂蒸干后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到中间产物；

b.合成目标产物：室温条件下，在惰性气体氛围中，将中间产物加入碘乙醇(CAS：624-76-0)的乙腈溶液中，所得的混合溶液在80℃回流10小时，蒸干溶剂后，加入无水乙醚，将所得溶液真空过滤得到白色沉淀，用无水乙醚洗涤沉淀得到目标产物。

实施例4

实施例4提供了一种固体泡沫灭火剂，与实施例1的不同之处在于，所述固体泡沫灭火剂用水溶解后，其中的质量千分数为5.4wt‰。

实施例5

实施例5提供了一种固体泡沫灭火剂，与实施例1的不同之处在于，所述固体泡沫灭火剂用水溶解后，其中的质量千分数为3.2wt‰。

实施例6

实施例6提供了一种固体泡沫灭火剂，与实施例1的不同之处在于，所述固体泡沫灭火剂用水溶解后，其中的质量千分数为1.8wt‰。

实施例7

实施例7提供了一种固体泡沫灭火剂，与实施例1的不同之处在于，所述固体泡沫灭火剂用水溶解后，其中的质量千分数为1.0wt‰。

实施例8

实施例8提供了一种固体泡沫灭火剂，与实施例1的不同之处在于，所述固体泡沫灭火剂的制备原料中的重量份为18份。

实施例9

实施例9提供了一种固体泡沫灭火剂，与实施例1的不同之处在于，所述固体泡沫灭火剂的制备原料中的重量份为105份，月桂醇聚氧乙烯醚的重量份为20份。

实施例10

实施例10提供了一种固体泡沫灭火剂，与实施例1的不同之处在于，所述固体泡沫灭火剂用水溶解后，其中的质量千分数为0.8wt‰。

性能评价

对实施例1-10所得到的溶解后的固体泡沫灭火剂进行发泡倍数、析液时间、灭火时间、抗烧时间测试。测试按照GB 15308-2006《泡沫灭火剂》附录A进行，结果见表1。

表1

通过实施例1-10可以得知，本申请提供的一种固体泡沫灭火剂可以在短时间内迅速溶解，在氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的共同作用下，泡沫性能合格且灭火效果优异。

最后指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种固体泡沫灭火剂，其特征在于，按重量份计，其制备原料至少包含：氟碳表面活性剂20～100份、碳氢表面活性剂1～60份、发泡剂1～20份、稳泡剂1～20份、增稠剂0.1～1份、润滑剂1～10份、防潮剂1～10份。

2.如权利要求1所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述氟碳表面活性剂为其中n＝0～9，m＝2～5，X为卤素，R为亲水基团。

3.如权利要求2所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述卤素选自F、Cl、Br、I中的一种。

4.如权利要求2所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述亲水基团选择羟基、羧基、磺酸基、磷酸基中的一种。

5.如权利要求1所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述碳氢表面活性剂选自烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基羧酸盐、烷基硫酸盐、烷基磷酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种的混合。

6.如权利要求1所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述发泡剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱、月桂酸二乙醇酰胺中的一种或多种的混合。

7.如权利要求1所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述稳泡剂选自α-烯基磺酸钠、三乙醇胺、二乙二醇丁醚、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、十二烷基二甲基氧化胺中的一种或多种的混合。

8.如权利要求1所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述增稠剂选自黄原胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶、阿拉伯树胶中的一种或多种的混合。

9.如权利要求1所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸镁、云母粉、滑石粉、石墨、二硫化钼、氟化石墨、聚四氟乙烯中的一种或多种的混合。

10.如权利要求1所述的固体泡沫灭火剂，其特征在于，所述防潮剂选自硅胶、生石灰、蒙脱石、氯化钙、氧化铝中的一种或多种的混合。