CN111450463B - 一种水系灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灭火剂的技术领域，公开了一种水系灭火剂，包括如下重量份数的组分：100‑120份去离子水；5‑10份月桂酰羟甲基乙磺酸钠；2‑3份木质素；1‑2份阻燃剂；20‑30份乙二醇；0.3‑0.8份发泡剂；0.3‑0.6份碳氢类表面活性剂；0.3‑0.6份氟碳类表面活性剂；0.3‑0.4份防腐剂；0.4‑0.5份抗蚀剂，并公开了制备方法。本发明具有以下优点和效果：月桂酰羟甲基乙磺酸钠、表面活性剂和水混合得到泡沫性能较好的溶液，有效抑制热量传递，隔绝氧气；具有三维网状结构的木质素和月桂酰羟甲基乙磺酸钠极性基团间的相互作用提高二者的相容性，有利于增加泡沫表层密集度，使泡沫稳定且不易破裂；乙二醇及辅助试剂的添加进一步提高水系灭火剂的综合性能，获得具有更好的灭火性能和使用寿命的灭火剂。

Description

一种水系灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及灭火剂的技术领域，尤其是涉及一种水系灭火剂及其制备方法。

背景技术

灭火剂能够有效的破坏燃烧条件，使燃烧终止。灭火剂的灭火机理主要是冷却、窒息、隔离和化学抑制；目前我国市场上生产的灭火剂大都是BC、ABC干粉、气溶胶、超细干粉、轻水泡沫、蛋白及氟蛋白等普通的灭火剂。以上产品灭火性能小、灭火对象单一，抗复燃性能弱，又不能同时灭几种特殊火灾，而且受使用温度的限制。水系灭火剂是九十年代后期新开发成功的又一项新型消防灭火剂，通常由水、润湿剂、阻燃剂以及其他添加剂组成，一般以液滴或液滴和泡沫混合的形式来灭火，水系灭火剂可以用于A类即固体物质火灾和B类即液体或可熔化的固体物质火灾的扑救。

目前，公开号为CN1666792A的专利公开了一种环境亲和型液状灭火液，是A级灭火液，冬季山火发生时，能有效地轻而易举地扑灭山火，而对植物无害的环境亲和型灭火液。环境亲和型液状灭火液只使用硫酸铵和尿素两种原料，选定两者的正确反应摩尔比，以很简单的方法提供既经济又有效果的优秀液状灭火液。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：虽然通过调节硫酸铵和尿素的配比，得到对环境无污染的灭火液，但灭火性能不够好，因此仍有待改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种水系灭火剂，可提升灭火性能。

本发明的第二个目的在于提供一种水系灭火剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种水系灭火剂，包括如下重量份数的组分：

100-120份去离子水；

5-10份月桂酰羟甲基乙磺酸钠；

2-3份木质素；

1-2份阻燃剂；

20-30份乙二醇；

0.3-0.8份发泡剂；

0.3-0.6份碳氢类表面活性剂；

0.3-0.6份氟碳类表面活性剂；

0.3-0.4份防腐剂；

0.4-0.5份抗蚀剂。

通过采用上述技术方案，月桂酰羟甲基乙磺酸钠是一种绿色阴离子表面活性剂，具有良好的表面活性，泡沫性能好，由月桂酰羟甲基乙磺酸钠与水混合可得到泡沫性能较好的溶液，有效抑制热量传递，隔绝氧气，且泡沫析出的水溶液具有冷却作用，吸热蒸发，可降低氧气浓度，达到较好的灭火性能；木质素是具有三维网状结构的生物高分子，利用木质素和月桂酰羟甲基乙磺酸钠极性基团间的相互作用提高二者的相容性，由此有利于增加泡沫表层密集度，使泡沫稳定且不易破裂；碳氢类表面活性剂和氟碳类表面活性剂的添加可降低表面张力，促进水系灭火剂的成膜，以提高灭火剂的灭火性能；乙二醇、发泡剂、阻燃剂、防腐剂和抗蚀剂的添加进一步提高水系灭火剂的抗冻、阻燃及防腐等综合性能，使其具有更好的灭火性能，同时有利于延长使用寿命。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：按重量份数计，还包括1-2份聚丙烯酰胺和0.1-0.2份季戊四醇三烯丙基醚。

通过采用上述技术方案，分子量较大的聚丙烯酰胺与去离子水混合可形成具有一定粘度的溶液，溶液粘度增加，可在一定程度上增加泡沫的稳定性；季戊四醇三烯丙基醚为多官能团化合物，季戊四醇三烯丙基醚的存在可形成木质素和聚丙烯酰胺大分子之间的架桥，增加组分间的连接紧密性，从而有利于增加泡沫表层密集度，从而可提升混合后溶液的泡沫性能，并在一定程度上增加泡沫的稳定性，由此提高灭火剂的灭火性能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：按重量份数计，还包括4-6份氯化铵。

通过采用上述技术方案，首先，氯化铵可分解产生阻燃气体氨气，从而起阻燃灭火的作用；其次，氯化铵具有制冷作用，提高灭火效果的同时，一定量的氯化铵使灭火剂可在一定的高低温下保持原有的状态和性能；且经实验证明，通过向月桂酰羟甲基乙磺酸钠滴加氯化铵，使二者充分混合可有效提高混合组分的表面活性，降低表面张力，有效增加吸附力，对于提高灭火剂的吸附性能显示出较好的协同作用，由此，一方面使灭火剂的灭火性能更佳，另一方面，当灭火剂喷洒到未着火物体的表面后，形成吸附性更好的液膜，液膜可遮挡一部分热辐射，延缓未着火物体温度的升高，从而有效阻止火灾蔓延。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：加入pH调节剂调节所述水系灭火剂的pH值为8-9。

通过采用上述技术方案，经实验证明，在pH值为8-9的情况下，氯化铵与月桂酰羟甲基乙磺酸钠的协同效果更好，可有效提高灭火剂的灭火性能；且一方面通过调节水系灭火剂的pH值便于组分间混合后更好地发挥相互作用，另一方面也使水系灭火剂可稳定地储存。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述阻燃剂为聚磷酸铵。

通过采用上述技术方案，选择聚磷酸铵阻燃剂，一方面，利用聚磷酸铵降低可燃物表面的热传递速度，从而影响物质的燃烧过程，并最终使其熄灭；另一方面，聚磷酸铵化学稳定性好、吸湿性小、分散性优良，更适用于水系灭火剂，且聚磷酸铵为无机聚合物，可避免灭火剂因组分中有机物含量过高而易燃的问题。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述防腐剂为水杨酸苯胺。

通过采用上述技术方案，水杨酸苯胺的加入可解决水系灭火剂在长期储存时滋生各种细菌、霉菌，使灭火剂产生沉淀和异味，降低灭火性能的问题。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述抗蚀剂为碳酸氢钾。

通过采用上述技术方案，碳酸氢钾能在阴极区同氢氧根离子反应生成碳酸钙保护层，从而减少灭火剂储存于金属容器时产生的锈蚀。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述发泡剂为K12、AES、APG1214中的至少一种；所述氟碳类表面活性剂为1157N、1470或YM-316中的一种；所述碳氢类表面活性剂为SDBS或C₁₂DMAO中的一种。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种水系灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将去离子水、月桂酰羟甲基乙磺酸钠和木质素放置于玻璃恒温水浴锅中，搅拌15-20min，得到均匀的初混合物；

S2.保持水浴锅的水温为45-50℃，在搅拌条件下，向S1的初混合物中逐步添加碳氢类表面活性剂、氟碳类表面活性剂、乙二醇、发泡剂、阻燃剂、防腐剂和抗蚀剂，加料间隔需充分搅拌5-6min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，加料完成后继续搅拌0.5-1h，然后停止搅拌和加热，在常温条件下静置24h后，液体稳定，气泡完全消失，即得水系灭火剂原液。

通过采用上述技术方案，制备得到灭火效果较好的灭火剂。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述S1中，首先用pH调节剂将水溶液pH值调节为8-9，再加入月桂酰羟甲基乙磺酸钠，搅拌3-5min；然后在搅拌状态下，用滴液漏斗将氯化铵以每分钟1.5mL左右的速度滴加到月桂酰羟甲基乙磺酸钠中，全部滴完后，再充分搅拌3-5min；接着依次加入木质素、季戊四醇三烯丙基醚和聚丙烯酰胺，加料间隔需充分搅拌10-15min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，最后搅拌15-20min，得到均匀的初混合物。

通过采用上述技术方案，调节pH值并通过滴加的方式使月桂酰羟甲基乙磺酸钠和氯化铵充分混合，以更好地发挥协同作用；木质素、季戊四醇三烯丙基醚和聚丙烯酰胺的依次添加，首先由木质素和月桂酰羟甲基乙磺酸钠极性基团间的相互作用提高相容性，再通过聚丙烯酰胺与去离子水混合形成具有一定粘度的溶液，然后以多官能团化合物季戊四醇三烯丙基醚为媒介，形成木质素和聚丙烯酰胺大分子之间的架桥，增加了组分间的连接紧密性，从而有利于增加泡沫表层密集度，提升混合后溶液的泡沫性能。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.由月桂酰羟甲基乙磺酸钠与水混合得到泡沫性能较好的溶液，有效抑制热量传递，隔绝氧气，且泡沫析出的水溶液具有冷却作用，吸热蒸发，可降低氧气浓度；利用具有三维网状结构的木质素和月桂酰羟甲基乙磺酸钠极性基团间的相互作用提高二者的相容性，由此有利于增加泡沫表层密集度，使泡沫稳定且不易破裂，由此达到较好的灭火性能；阻燃剂、防腐剂和抗蚀剂的添加进一步提高水系灭火剂的综合性能，使其具有更好的灭火性能，同时有利于延长使用寿命；

2.一方面，聚丙烯酰胺与去离子水混合可形成具有一定粘度的溶液，溶液粘度增加，在一定程度上可增加泡沫的稳定性；另一方面，季戊四醇三烯丙基醚为多官能团化合物，季戊四醇三烯丙基醚的存在可形成木质素和聚丙烯酰胺大分子之间的架桥，增加了组分间的连接紧密性，从而有利于增加泡沫表层密集度，提升混合后溶液的泡沫性能，达到提高灭火性能的目的；

3.氯化铵可分解产生阻燃气体氨气，起阻燃灭火的作用；且氯化铵具有制冷作用，提高灭火效果的同时，一定量的氯化铵使灭火剂可在一定的高低温下保持原有的状态和性能；经实验证明，通过向月桂酰羟甲基乙磺酸钠滴加氯化铵，使二者充分混合可有效提高混合组分的表面活性，降低表面张力，有效增加吸附力，对于提高灭火剂的吸附性能显示出较好的协同作用，使灭火剂灭火性能更佳的同时，当灭火剂喷洒到未着火物体的表面后，形成吸附性更好的液膜，液膜可遮挡一部分热辐射，延缓未着火物体温度的升高，从而有效阻止火灾蔓延；

4.在pH值为8-9的情况下，氯化铵与月桂酰羟甲基乙磺酸钠的协同效果更好，可有效提高灭火剂的灭火性能；

5.选择聚磷酸铵阻燃剂，一方面，利用聚磷酸铵降低可燃物表面的热传递速度，从而影响物质的燃烧过程，并最终使其熄灭；另一方面，聚磷酸铵化学稳定性好、吸湿性小、分散性优良，更适用于水系灭火剂，且聚磷酸铵为无机聚合物，可减少灭火剂组分中的有机物含量，。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

本发明中采用的pH调节剂为30％NaOH溶液，其余原料均为市售产品。

实施例

实施例1

本发明公开了一种水系灭火剂及其制备方法，各组分及制备方法如下：

S1.用30％NaOH溶液将水溶液pH值调节为8，再加入月桂酰羟甲基乙磺酸钠，搅拌5min；然后在搅拌状态下，用滴液漏斗将氯化铵以每分钟1.5mL左右的速度滴加到月桂酰羟甲基乙磺酸钠中，全部滴完后，再充分搅拌4min；接着依次加入木质素、季戊四醇三烯丙基醚和聚丙烯酰胺，加料间隔需充分搅拌13min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，最后搅拌16min，得到均匀的初混合物；

S2.保持水浴锅的水温为48℃，在搅拌条件下，向S1的初混合物中逐步添加碳氢类表面活性剂、氟碳类表面活性剂、乙二醇、发泡剂、阻燃剂、防腐剂和抗蚀剂，加料间隔需充分搅拌6min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，加料完成后继续搅拌1h，然后停止搅拌和加热，在常温条件下静置24h后，液体稳定，气泡完全消失，即得水系灭火剂原液。

碳氢类表面活性剂为SDBS，发泡剂为K12，氟碳类表面活性剂选用1157N，各组分含量如下表1所示。

实施例2

本发明公开了一种水系灭火剂及其制备方法，各组分及制备方法如下：

S1.用30％NaOH溶液将水溶液pH值调节为8，再加入月桂酰羟甲基乙磺酸钠，搅拌3min；然后在搅拌状态下，用滴液漏斗将氯化铵以每分钟1.5mL左右的速度滴加到月桂酰羟甲基乙磺酸钠中，全部滴完后，再充分搅拌3min；接着依次加入木质素、季戊四醇三烯丙基醚和聚丙烯酰胺，加料间隔需充分搅拌10min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，最后搅拌15min，得到均匀的初混合物；

S2.保持水浴锅的水温为45℃，在搅拌条件下，向S1的初混合物中逐步添加碳氢类表面活性剂、氟碳类表面活性剂、乙二醇、发泡剂、阻燃剂、防腐剂和抗蚀剂，加料间隔需充分搅拌5min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，加料完成后继续搅拌0.5h，然后停止搅拌和加热，在常温条件下静置24h后，液体稳定，气泡完全消失，即得水系灭火剂原液。

碳氢类表面活性剂选用SDBS，发泡剂为体积比1:1的K12和AES，氟碳类表面活性剂选用1470，各组分含量如下表1所示。

实施例3

本发明公开了一种水系灭火剂及其制备方法，各组分及制备方法如下：

S1.用30％NaOH溶液将水溶液pH值调节为9，再加入月桂酰羟甲基乙磺酸钠，搅拌5min；然后在搅拌状态下，用滴液漏斗将氯化铵以每分钟1.5mL左右的速度滴加到月桂酰羟甲基乙磺酸钠中，全部滴完后，再充分搅拌5min；接着依次加入木质素、季戊四醇三烯丙基醚和聚丙烯酰胺，加料间隔需充分搅拌15min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，最后搅拌20min，得到均匀的初混合物；

S2.保持水浴锅的水温为50℃，在搅拌条件下，向S1的初混合物中逐步添加碳氢类表面活性剂、氟碳类表面活性剂、乙二醇、发泡剂、阻燃剂、防腐剂和抗蚀剂，加料间隔需充分搅拌6min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，加料完成后继续搅拌1h，然后停止搅拌和加热，在常温条件下静置24h后，液体稳定，气泡完全消失，即得水系灭火剂原液。

碳氢类表面活性剂选用C₁₂DMAO，发泡剂为APG1214，氟碳类表面活性剂为YM-316，各组分含量如下表1所示。

对比例

对比例1

以公开号为CN1666792A的专利的实施例作为对比例1。

对比例2

与实施例1的区别在于，不添加木质素，各组分含量如下表2所示。

对比例3

与实施例1的区别在于，不添加氯化铵，各组分含量如下表2所示。

对比例4

与实施例1的区别在于，将氯化铵替换为氯化钙，各组分含量如下表2所示。

对比例5

与实施例1的区别在于，不添加季戊四醇三烯丙基醚，各组分含量如下表2所示。

对比例6

与实施例1的区别在于，将季戊四醇三烯丙基醚替换为乙醚，各组分含量如下表2所示。

对比例7

与实施例1的区别在于，将聚丙烯酰胺替换为乙二胺，各组分含量如下表2所示。

对比例8

与实施例1的区别在于，水系灭火剂原液的pH值为6，各组分含量如下表2所示。

对比例9

与实施例1的区别在于，水系灭火剂原液的pH值为10，各组分含量如下表2所示。

表1 各实施例的组分含量表

表2 各对比例的组分含量表

技术性能检测试验

根据标准GB 17835-1999和GB 15308-2006测试实施例的水系灭火剂的理化性能和灭火性能等技术性能，测试结果如下表3-1、表3-2所示。分别以木垛作为燃料测试灭A类火性能，以橡胶工业用溶剂油和99％丙酮测试灭B类火性能；试验前，测得水的表面张力为72mN/m。

表3-1 各实施例的水系灭火剂的理化性能

表3-2 各实施例的水系灭火剂的灭火性能

根据上述的技术性能测试，本发明的水系灭火剂符合标准的技术性能要求，且与纯水相比显著降低了表面张力，由此可见具有较好的灭火优势。

对照试验

1.根据Ross-Miles方法评价泡沫稳定性，在温度为16℃下，将配制好的灭火剂取出50mL倒入1000mL量筒中，量筒上放置一漏斗，再取200mL溶液通过漏斗注入量筒中，测出初始泡沫高度H₀评定起泡性，5min后再测一次泡沫高度H₅，以泡沫破裂速度v＝(H₀-H₅)/(60*5)(mm/s)表征灭火剂性能，泡沫破裂速度越小，灭火性能越好。

2.测试水系灭火剂对汽油燃烧过程中的抑制作用和扑灭效果，灭火过程中每一水平试验进行3次灭火时间，结果计算平均值。

测试结果如下表4所示。

表4 性能测试结果表

综上所述，可以得出以下结论：

由对比例1和实施例1对比，可见本发明的水系灭火剂的灭火性能较对比例1的灭火剂更好；从对比例2和实施例1的对比可知，木质素的添加有利于使泡沫更稳定；通过对比例3和实施例1的对比，添加氯化铵可提高灭火性能，并由对比例4的对比试验，体现氯化铵和月桂酰羟甲基乙磺酸钠的协同效果；由对比例5-6和实施例1的对比，说明季戊四醇三烯丙基醚的特定添加对提高灭火性能具有较为显著的效果；对比例6-7和实施例1的对比说明了季戊四醇三烯丙基醚和聚丙烯酰胺具有协同作用；通过对比例8-9和实施例1的对比，可见当pH值低于10时，灭火剂的灭火性能较好，因为氯化铵与月桂酰羟甲基乙磺酸钠的协同效果更好，而避免pH调节剂的浪费，从成本考虑pH值为8-9时最佳。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水系灭火剂，其特征在于：包括如下重量份数的组分：

100-120份去离子水；

5-10份月桂酰羟甲基乙磺酸钠；

2-3份木质素；

1-2份阻燃剂；

20-30份乙二醇；

0.3-0.8份发泡剂；

0.3-0.6份碳氢类表面活性剂；

0.3-0.6份氟碳类表面活性剂；

0.3-0.4份防腐剂；

0.4-0.5份抗蚀剂；

1-2份聚丙烯酰胺；

0.1-0.2份季戊四醇三烯丙基醚；

4-6份氯化铵；

pH调节剂调节所述水系灭火剂的pH值为8-9。

2.根据权利要求1所述的一种水系灭火剂，其特征在于：所述阻燃剂为聚磷酸铵。

3.根据权利要求1所述的一种水系灭火剂，其特征在于：所述防腐剂为水杨酸苯胺。

4.根据权利要求1所述的一种水系灭火剂，其特征在于：所述抗蚀剂为碳酸氢钾。

5.根据权利要求1所述的一种水系灭火剂，其特征在于：所述发泡剂为K12、AES、APG1214中的至少一种；所述氟碳类表面活性剂为1157N、1470或YM-316中的一种；所述碳氢类表面活性剂为SDBS或C₁₂DMAO中的一种。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种水系灭火剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.将去离子水、月桂酰羟甲基乙磺酸钠和木质素放置于玻璃恒温水浴锅中，搅拌15-20min，得到均匀的初混合物；

S2.保持水浴锅的水温为45-50℃，在搅拌条件下，向S1的初混合物中逐步添加碳氢类表面活性剂、氟碳类表面活性剂、乙二醇、发泡剂、阻燃剂、防腐剂和抗蚀剂，加料间隔需充分搅拌5-6min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，加料完成后继续搅拌0.5-1h，然后停止搅拌和加热，在常温条件下静置24h后，液体稳定，气泡完全消失，即得水系灭火剂原液。

7.根据权利要求6所述的一种水系灭火剂的制备方法，其特征在于：所述S1中，首先用pH调节剂将水溶液pH值调节为8-9，再加入月桂酰羟甲基乙磺酸钠，搅拌3-5min；然后在搅拌状态下，用滴液漏斗将氯化铵以每分钟1.5mL的速度滴加到月桂酰羟甲基乙磺酸钠中，全部滴完后，再充分搅拌3-5min；接着依次加入木质素、季戊四醇三烯丙基醚和聚丙烯酰胺，加料间隔需充分搅拌10-15min，使物料溶解均匀，加料过程中持续搅拌，最后搅拌15-20min，得到均匀的初混合物。