CN110465039B - 一种水系灭火剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水系灭火剂，属于灭火剂制备技术领域。包括：减阻剂、冷却剂、抗冻剂、抗腐蚀剂、和水性介质，将上述组分按照一定比例复配得到水系灭火剂。当本发明的水系灭火剂在管道中流动时，能够降低水系灭火剂的流动阻力，更快的释放灭火。当水系灭火剂进行灭火时，能够提高水系灭火剂的冷却效果，降低火场温度，使灭火剂的灭火效率更高。水系灭火剂具有一定的抗腐蚀性能，以减少水系灭火剂对水箱的腐蚀作用。具有一定的抗冻性能，适于北方寒冷地区使用。

Description

一种水系灭火剂

技术领域

本发明属于灭火剂制备技术领域，尤其是一种水系灭火剂。

背景技术

水系灭火剂是消防领域最常用的灭火剂品种之一，是一类由水和各种添加剂制成的液体灭火剂，一般以液态水或泡沫的形式灭火，可以用于扑灭A类火灾（固体物质火灾）和B类火灾（液体物质火灾）。伴随各类火灾的出现，水系灭火器也在不断的提高，研制开发了可用于扑灭各中火灾的水系灭火剂及配套的装备，有效地控制了火灾，减少了损失。

当水系灭火剂储备在灭火水箱中用于某些设施的防火灭火时，需要水系灭火剂具备一些特殊的功能性能以提高防火灭火效果。比如，当水系灭火剂在管道中流动时，需要减少水系灭火剂的流动阻力，以利于水系灭火剂能更快的释放灭火。当水系灭火剂进行灭火时，能够提高水系灭火剂的冷却效果，降低火场温度，使灭火剂的灭火效率更高。当水系灭火剂储备在灭火水箱中时，需要水系灭火剂具有一定的抗腐蚀性能，以减少水系灭火剂对水箱的腐蚀作用。此外，现有技术中生产的水系灭火剂的灭火效率普遍偏低，凝固点较高，不适于北方寒冷地区使用，这便限制了水系灭火剂的使用范围。

发明内容

发明目的：提供一种水系灭火剂，以解决上述背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种水系灭火剂，包括：减阻剂、冷却剂、抗腐蚀剂、抗冻剂和水性介质，其中各组分所占重量百分数为：

减阻剂：0.05～0.5wt%

冷却剂：0.5～5wt%

抗冻剂：5～15wt%

抗腐蚀剂：0.05～0.5wt%

水性介质：79～94.4wt%。

在进一步的实施例中，所述减阻剂至少为聚丙烯酰胺、十六烷基水杨酸铵、十六烷基三甲基氯化铵或水杨酸钠中的一种。

在进一步的实施例中，所述减阻剂为水包水型聚丙烯酰胺乳液。

在进一步的实施例中，所述水包水聚丙烯酰胺乳液的制备方法，包括如下步骤：

S1、在三口烧瓶中依次加入硫酸铵、十二烷基硫醇和去离子水混合体系作为反应介质，丙烯酰胺单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为反应原料，十二烷基聚氧乙烯醚作为聚合物的分散剂稳定剂，快速搅拌至完全溶解；

S2、使用氢氧化钠调节pH值至5.0～7.0；

S3、亚硫酸钠水溶液作为还原引发剂，加入三口烧瓶中，搅拌5～10min，

S4、然后向三口烧瓶中通入氮气，作为保护气体，并置于恒温电加热套中加热；

S5、通过恒压分液漏斗在密封条件下，将氧化引发剂过硫酸铵逐滴加入混合反应体系中，反应4～7h；

S6、静置过滤，其中上层清液即为目标产物。

在进一步的实施例中，所述水包水聚丙烯酰胺乳液的制备方法中：所述混合体系中十二烷基硫醇和去离子水的体积比为（0.1～0.2）:1；所述混合体系中，硫酸铵的质量浓度为32～40%；所述丙烯酰胺单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的份数比为1:（0.5～1）；所述反应原料在整个分散体系中的质量百分数为15～25%所述聚合物分散剂为所述反应原料的质量浓度为3～5%；所述还原引发剂、所述氧化引发剂与反应原料份数比为1:（1～2）:100；所述恒温电加热套的温度为40～50℃。

在进一步的实施例中，所述冷却剂至少为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、碳酰胺或氯化铵中的一种。

在进一步的实施例中，所述抗冻剂至少为乙二醇、丙二醇、碳酰胺或氯化铵中的一种。

在进一步的实施例中，所述抗腐蚀剂至少为葡萄糖酸钠、硫酸锌或氯化锌中的一种。

在进一步的实施例中，所述水性介质为添加有灭火功能剂和抗复燃功能剂的水溶液。

有益效果：本发明涉及一种水系灭火剂，当水系灭火剂在管道中流动时，能够降低水系灭火剂的流动阻力，更快的释放灭火。当水系灭火剂进行灭火时，能够提高水系灭火剂的冷却效果，降低火场温度，使灭火剂的灭火效率更高。水系灭火剂具有一定的抗腐蚀性能，以减少水系灭火剂对水箱的腐蚀作用。具有一定的抗冻性能，适于北方寒冷地区使用。

附图说明

图1是本发明中实施例1与对比例1得到水系灭火剂在搅拌时的效果对比图。

图2为钢片在实施例1中水系灭火剂中的7天后的腐蚀效果图。

图3是本发明中实施例1～2得到的水系灭火剂和其它浓度下的水系灭火剂的减阻率的变化曲线。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

当水系灭火剂储备在灭火水箱中用于某些设施的防火灭火时，需要水系灭火剂具备一些特殊的功能性能以提高防火灭火效果。结合灭火原理，要使水系灭火剂高效环保，因此在水中添加各种功能性成分，使其协同发挥灭火作用，提高灭火速度。

在进一步实施过程，就是当水系灭火剂进行灭火时，需要提高水系灭火剂的冷却效果，降低火场温度，避免火场复燃，使灭火剂的灭火效率更高。因此在灭火剂中加入冷却剂，具体为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、碳酰胺或氯化铵中的一种或多种的混合物。在火场中使用时，可以吸收周围环境的热量、分解，等质量的冷却剂的分解吸收的热量远大于液体水挥发所吸收的热量，进一步加强灭火器降温功能，提高其灭火效率的上限。

在进一步实施过程，水系灭火剂在长期储存过程中，具有一定的抗腐蚀性能，会对水箱、管道造成腐蚀，需要减少水系灭火剂对水箱的腐蚀作用。因此在灭火器中加入抗腐蚀剂，具体为葡萄糖酸钠、硫酸锌或氯化锌中的一种。在抗腐蚀剂在灭火剂中，能够形成缓冲溶液，进而调整灭火剂溶液酸度，弱化其对金属水箱内表面的腐蚀。

在进一步实施过程，由于北方地区气候寒冷，水系灭火剂的熔点相对高，冬天容易结冰凝固，需要是灭火器具有一定的抗冻性能。因此在灭火器中加入抗冻剂，现阶段所使用的抗冻剂大多为氟系抗冻剂，其灭火效率低，容易复燃，而且其分解物大多为污染性气体，不利于环境的保护。因此选取乙二醇、丙二醇、碳酰胺或氯化铵中的一种，其中，优选无机物作为抗冻剂，以克服氟系抗冻剂的缺点。

在进一步实施过程，水系灭火剂，一方面，在灭火过程中，需要吸附、覆盖在燃烧物表面，通过隔绝氧气、阻止热量传递等方式，达到扑灭火灾的效果。另一方面，水系灭火剂在管道中流动时，能够降低水系灭火剂的流动阻力，提高水系灭火剂从管道中喷射速度，达到更快的释放灭火。因此在灭火器中加入减阻剂，然而，在水系灭火剂中加入减阻剂时，在降低水系灭火器的流动阻力的同时，导致其粘度下降，对水系灭火器的灭火性能有一定影响。因此，需要寻找一种具有降低水系灭火剂流动阻力、又能够提高水系灭火剂粘度的阻燃剂。所述减阻剂可以为聚丙烯酰胺、十六烷基水杨酸铵、十六烷基三甲基氯化铵或水杨酸钠中的一种。其中，优选为水包水型聚丙烯酰胺乳液，具体为水包水型聚丙烯酰胺乳液与水系灭火剂混合后，可以迅速减小介质的摩擦阻力。在市售水系灭火剂测试过程中，当输送泵开启后，水系灭火剂瞬间处于湍流状态，边界层厚度较大，与管壁之间的摩擦作用较强，导致体系受到的流体阻力上升；在加入水包水型聚丙烯酰胺乳液后测试过程中，由于体系具有较多长的聚丙烯酰胺分子链，当处于湍流状态时，聚丙烯酰胺分子链能够降低边界层中垂直于流向的径向力，减小管径横截面内流体的速度差，减小边界层厚度，降低边界层效应而引起的摩阻升高，达到减阻的作用。此外，水包水型聚丙烯酰胺乳液与市售水系灭火器中含有的助粘剂配合，水包水型聚丙烯酰胺溶于水后主要以分子间缔合为主，通过与助粘剂配合后，在整个溶液体系内也会发生更多地胶束聚集，进一步增大了体系内的分子链缔合尺寸，形成更加复杂的网状结构，表现为体系的表观粘度，提高其灭火效果。

在具体实施过程中可以将上述所述设计的功能助剂进行复配，通过正交实验选取即可最优实验方案，下面结合实施例，对本发明作进一步说明，主要对减阻剂与减阻效果的说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或产品说明书进行。凡未注明厂商的试剂、仪器或设备，均可通过市售获得。

实施例1

水系灭火剂的复配：将20g的水包水型聚丙烯酰胺乳液（其固含量为20%）；100g碳酰胺；50g的磷酸二氢铵和磷酸氢二铵的混合（其质量比为2:1）；1g的葡萄糖酸钠；829g的水性介质（即为自制水系灭火剂，具体成分如下：十二烷基硫酸钠为20g/L，甜菜碱DSB为20g/L，AF4018-Z为4ml/L，聚乙烯醇为0.25g/L，草酸铵为20g/L，三聚氰胺为20g/L，泡沫玻璃为0.10g/L、氧化铵为0.12g/L、氢氧化镁0.1g/L、四氢呋喃0.15ml/L，余量为水）混匀，并搅拌均匀。

其中，水包水型聚丙烯酰胺乳液的制备：在三口烧瓶中依次加入350g硫酸铵、100ml十二烷基硫醇和900ml去离子水混合体系作为反应介质，100g的丙烯酰胺单体、80g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为反应原料，7g的十二烷基聚氧乙烯醚作为聚合物的分散剂稳定剂，快速搅拌至完全溶解；使用氢氧化钠调节pH值至7.0；11.2g亚硫酸钠水溶液（其质量浓度为20%）作为还原引发剂，加入三口烧瓶中，搅拌5min，然后向三口烧瓶中通入氮气，作为保护气体，并置于恒温电加热套中保持50℃加热；通过恒压分液漏斗在密封条件下，将氧化引发剂过硫酸铵逐滴加入混合反应体系中，反应5h；静置过滤，其中上层清液即为目标产物。

实施例2～6

下表为实施例1～6的具体投料量：

下表为实施例1～6的所使用的物质：

其中，自制灭火剂为南京理工大学自制的A类用水系灭火剂，其具体成分如下：十二烷基硫酸钠为20g/L，甜菜碱DSB为20g/L，AF4018-Z为4ml/L，聚乙烯醇为0.25g/L，草酸铵为20g/L，三聚氰胺为20g/L，泡沫玻璃为0.10g/L、氧化铵为0.12g/L、氢氧化镁0.1g/L、四氢呋喃0.15ml/L，余量为水；水包水型聚丙烯酰胺乳液为实施例1中所制备得到的，其固含量为20%，其余药品均为市售。

具体复配工艺同实施例1。

对比例1

选取南京理工大学自制的A类用水系灭火剂，作为对比例，其具体成分如下：十二烷基硫酸钠为20g/L，甜菜碱DSB为20g/L，AF4018-Z为4ml/L，聚乙烯醇为0.25g/L，草酸铵为20g/L，三聚氰胺为20g/L，泡沫玻璃为0.10g/L、氧化铵为0.12g/L、氢氧化镁0.1g/L、四氢呋喃0.15ml/L，余量为水。

测试例

灭火时间：使用1m长的木材，每层5根、上下层相互垂直交错码垛建立A类火的标准试验模型（1m×1m×1m），在加入适量汽油，点燃后，让木垛燃烧5min后，在灭火点1.5m处，从四周喷射水系灭火剂，通过红外热成像仪记录灭火过程的温度变化曲线，得到灭火所需的时间。

减阻率的测试方法为：采用管式流变仪对水系灭火剂进行减阻性能测试，空白样为市售灭火剂，向市售灭火剂中加入一定量的水包水型聚丙烯酰胺乳液聚合物，选用相同管柱进行测试，记录流体通过管柱时的摩阻压降计算减阻百分比。

表征粘度：在25℃的恒温水浴池中测试不同实施例中水系灭火剂的表观黏度。

腐蚀速率：用单位时间单位面积上质量的变化来表示腐蚀速度。

附图1可以得出，对比例1的水系灭火剂因流体阻力较大，搅拌后产生了明显的漩涡，而实施例1的水系灭火剂因流体阻力小，在同样的搅拌条件下没有明显的漩涡。由图2可知，添加了抗腐蚀剂的新型水系灭火剂未对钢片产生可见的腐蚀情况。通过对比上表可以得出，添加适量的减阻剂，尤其是实施例1（水包水型聚丙烯酰胺乳液作为减阻剂），能够有效的提高灭火效率。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (1)

1.一种水系灭火剂，其特征在于，包括：减阻剂、冷却剂、抗腐蚀剂、抗冻剂和水性介质，其中各组分所占重量数为：20g的减阻剂，50g的冷却剂，100g的抗冻剂，1g的抗腐蚀剂，829g的水性介质；

其中，减阻剂为固含量为20%的水包水型聚丙烯酰胺乳液；所述水包水聚丙烯酰胺乳液的制备方法，包括如下步骤：在三口烧瓶中依次加入350g硫酸铵、100ml十二烷基硫醇和900ml去离子水混合体系作为反应介质，100g的丙烯酰胺单体、80g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为反应原料，7g的十二烷基聚氧乙烯醚作为聚合物的分散剂稳定剂，快速搅拌至完全溶解；使用氢氧化钠调节pH值至7.0；将11.2g质量浓度为20%的亚硫酸钠水溶液加入三口烧瓶中，搅拌5min，然后向三口烧瓶中通入氮气，作为保护气体，并置于恒温电加热套中保持50℃加热；通过恒压分液漏斗在密封条件下，将过硫酸铵逐滴加入混合反应体系中，反应5h；静置过滤，其中上层清液即为目标产物；

所述冷却剂为磷酸二氢铵和磷酸氢二铵的混合，其质量比为2:1；

所述抗冻剂为碳酰胺；

所述抗腐蚀剂为葡萄糖酸钠；

所述水性介质包括如下成分：十二烷基硫酸钠为20g/L，甜菜碱DSB为20g/L，AF4018-Z为4ml/L，聚乙烯醇为0.25g/L，草酸铵为20g/L，三聚氰胺为20g/L，泡沫玻璃为0.10g/L，氧化铵为0.12g/L，氢氧化镁为0.1g/L，四氢呋喃为0.15ml/L，余量为水。

Images