CN111991744A - 一种环保型无氟泡沫灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于消防灭火材料技术领域，具体涉及一种环保型无氟泡沫灭火剂及其制备方法，解决了现有技术中传统灭火剂有毒、不环保、适用范围有限，以及现有泡沫灭火剂使用氟碳表面活性剂、螯合剂等对环境有害的问题。本发明的技术方案是：由体积比为6：94的泡沫浓缩液和水混合而成，所述泡沫浓缩液包括如下组分：改性有机硅表面活性剂、十二烷基硫酸钠、烷基糖苷、水溶性咪唑啉、十二烷基二甲基甜菜碱、十二醇、聚乙二醇、黄原胶、羧甲基纤维素钠、乙二醇、尿素、二乙二醇单丁醚以及水。本发明产品以改性有机硅表面活性剂代替传统氟碳表面活性剂，绿色无污染，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。

Description

一种环保型无氟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技术领域，具体涉及一种环保型无氟泡沫灭火剂及其制备方法。

背景技术

水成膜泡沫(Aqueous Film Forming Foam，AFFF)灭火剂，又称为“轻水”泡沫灭火剂，是国外20世纪60年代发展起来的一种高效灭火剂；AFFF的泡沫和水膜双重灭火作用保证了其高效的灭火性能，其组成包括发泡剂、稳泡剂、助溶剂和抗冻剂等，其中核心组分为发泡剂，一般由氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂组成，氟碳表面活性剂是AFFF高效灭火效率的决定性因素，也是AFFF能够在燃油表面形成水膜的关键因素。

近几年，在更多的社会关注之下，一系列的环保问题和与日俱增的国际管理条例使得AFFF的应用受到限制，2009年4月,联合国环境规划署(EPA)通过了《关于持久性有机污染物POPs的斯德哥尔摩公约》将AFFF中所含的全氟辛烷磺酸(PF0S)及其盐类等9大类物质列入了持久性有机污染物(POPs)行列,并严格限制了PF0S及其衍生物的使用,这同时也对AFFF的市场造成巨大冲击,许多国外厂商为了减少制备过程中PFOS的排放,己经全面停止使用电解法生产氟碳表面活性剂。

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；2008年,澳大利亚Schaefer等人对比研宄了3种无氟泡沫和水成膜泡沫对易燃液体燃料蒸汽的封闭能力,结果表明无氟泡沫对燃料蒸汽的封闭能力普遍比AFFF弱；2014年,德国Hetzer等人用糖基化硅表面活性剂代替氟碳表面活性剂,研制无氟AFFF,结果表明该种新型糖基化硅表面活性剂的性能优于市售的硅表面活性剂,能在燃料表面形成水膜,但灭火性能仍弱于AFFF；当前,国内大量使用的水成膜泡沫仍然是发达国家数十年前的配方,具有严重的生态破坏力和环境污染问题，而国内关于环保型AFFF的研究仍处在探索阶段,研宄基础和研究条件较为落后，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

针对现有技术中传统灭火剂有毒、不环保、适用范围有限，以及现有泡沫灭火剂使用氟碳表面活性剂、螯合剂等对环境有害的问题，本发明提供一种环保型无氟泡沫灭火剂及其制备方法，其目的在于：提高灭火剂的环保性能和适用范围。

本发明采用的技术方案如下：

一种环保型无氟泡沫灭火剂，由体积比为6：94的泡沫浓缩液和水混合而成，所述泡沫浓缩液包括如下质量分数的组分：改性有机硅表面活性剂2％～4％、十二烷基硫酸钠3％～5％、烷基糖苷15％～20％、水溶性咪唑啉13％～18％、十二烷基二甲基甜菜碱10％～14％、十二醇2％～3％、聚乙二醇2％～5％、黄原胶0.2％～0.4％、羧甲基纤维素钠0.2％～0.5％、乙二醇10％～15％、尿素3％～5％、二乙二醇单丁醚2％～5％以及水5.1％～37.6％。

采用该技术方案，通过改性有机硅表面活性剂替代传统氟碳表面活性剂，本发明使用的配方中无有毒有害及其他对环境有害物质，保质时间较长，可长期储存。本发明使用的改性有机硅表面活性剂效果优异，复配后泡沫液的泡沫性能优于其他不含氟表面活性剂，且用量较少，价格低廉，产品的生产制备方法简单环保，可大规模工业化生产。

作为优选，所述改性有机硅表面活性剂为基于糖苷改性的三硅氧烷表面活性剂。

采用该优选方案后，改性有机硅表面活性剂的表面张力、泡沫性能、流变性能都得到了显著增加，具有和氟碳表面活性剂相似的性能，能够快速高效的扑灭无氟火灾，由改性有机硅表面活性剂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。

一种环保型无氟泡沫灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：按质量分数比例称取泡沫浓缩液的各组分；

S2：将步骤S1中称量的十二烷基硫酸钠、改性有机硅表面活性剂、烷基糖苷、聚乙二醇和(占泡沫浓缩液的质量百分比)2％～15％的水充分混合形成混合物A；将步骤S1中称量的水溶性咪唑啉、十二烷基二甲基甜菜碱和(占泡沫浓缩液的质量百分比)1％～7.5％的水充分混合形成混合物B；将步骤S1中称量的十二醇、乙二醇、二乙二醇单丁醚充分混合形成混合物C；将步骤S1中称量的黄原胶、羧甲基纤维素、尿素充分混合形成混合物D；

S3：将步骤S2中的混合物B加入混合物C中，混合均匀后加入混合物A，混合均匀后加入混合物D，最后加入(占泡沫浓缩液的质量百分比)2.1％～15.1％的水混合均匀，得到泡沫浓缩液；

S4：将步骤S3中得到的泡沫浓缩液用水稀释得到环保型无氟泡沫灭火剂，所述泡沫浓缩液与水的体积比为6：94。

采用该技术方案，能够制备环保型无氟泡沫灭火剂，该种环保型无氟泡沫灭火剂具有和含氟泡沫灭火剂相同的灭火性能，对易燃液体燃料蒸汽的封闭能力,优于其他无氟泡沫灭火剂和水成膜泡沫灭火剂，并且换班性能好，灭火效率高，成本低。

作为优选，所述改性有机硅表面活性剂的制备方法包括以下步骤：

X1：分别称取二乙二醇单烯丙基醚、葡萄糖和甲苯磺酸并混合均匀，加热至100～120℃，快速搅拌，在减压的条件下反应3～8h后加入NaOH中和，然后过滤并用活性炭吸附脱色，得到溶液E，所述二乙二醇单烯丙基醚、葡萄糖和甲苯磺酸的摩尔比为6：1：0.035；

X2：将步骤X1中得到的溶液E减压蒸馏，得到二乙二醇单烯丙基糖苷；

X3：称取二乙二醇单烯丙基糖苷和氯铂酸水合物并混合均匀，加热至60～80℃，逐滴滴加七甲基三硅氧烷，升温至90～110℃，混合搅拌3～5h，得到溶液F，所述二乙二醇单烯丙基糖苷、七甲基三硅氧烷与氯铂酸水合物的摩尔比为1：2：1×10^-4；

X4：将溶液F转入减压蒸馏装置中，70～100℃下蒸馏，得到改性有机硅表面活性剂。

采用该优选方案后，能够制备改性有机硅表面活性剂，该改性有机硅表面活性剂的表面张力、泡沫性能、流变性能都得到了显著增加，具有和氟碳表面活性剂相似的性能，能够快速高效的扑灭无氟火灾，由改性有机硅表面活性剂制成的泡沫稳定性能好、灭火效率高、高效环保。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明采用改性有机硅表面活性剂代替现有的氟类表面活性剂，对生态环境无毒副作用，具有优良的环保性能，并且能够达到含氟泡沫灭火剂相同的灭火性能，泡沫稳定性能好、灭火效率高，灭火性能优于其他不含氟的泡沫灭火剂性，可以替代市面上的含氟泡沫灭火剂，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。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明与现有的两种产品的各项技术指标对比图；

图2是本发明与现有的两种产品灭火性能对比测试结果。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合图1、图2对本发明作详细说明。

实施例一

一种环保型无氟泡沫灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：称取十二烷基硫酸钠3g、改性有机硅表面活性剂2g、烷基糖苷15g、聚乙二醇2g、水溶性咪唑啉13g、十二烷基二甲基甜菜碱10g、十二醇2g、乙二醇10g、二乙二醇单丁醚2g；黄原胶0.2g、羧甲基纤维素钠0.2g、尿素3g。

S2：将步骤S1中称量的十二烷基硫酸钠、改性有机硅表面活性剂、烷基糖苷、聚乙二醇和15mL的水充分混合形成混合物A；将步骤S1中称量的水溶性咪唑啉、十二烷基二甲基甜菜碱和7.5mL的水充分混合形成混合物B；将步骤S1中称量的十二醇、乙二醇、二乙二醇单丁醚充分混合形成混合物C；将步骤S1中称量的黄原胶、羧甲基纤维素、尿素充分混合形成混合物D；

S3：将步骤S2中的混合物B加入混合物C中，混合均匀后加入混合物A，混合均匀后加入混合物D，最后加入水至100mL并混合均匀，得到泡沫浓缩液；

S4：将步骤S3中得到的泡沫浓缩液与水按体积比6：94的比例混合均匀，配制得到环保型无氟泡沫灭火剂。

本实施例中，所述改性有机硅表面活性剂的制备方法包括以下步骤：

X1：分别称取摩尔比为6：1：0.035的二乙二醇单烯丙基醚、葡萄糖和甲苯磺酸于500mL圆底烧瓶中，混合均匀并加热至100℃，快速搅拌，在减压的条件下反应3h后加入NaOH中和，然后过滤并用活性炭吸附脱色，得到溶液E；

X2：将溶液E减压蒸馏，得到二乙二醇单烯丙基糖苷；

X3：称取摩尔比为1：2：1×10^-4的二乙二醇单烯丙基糖苷、七甲基三硅氧烷和氯铂酸水合物(氯铂酸水合物的溶剂为异丙醇)，将二乙二醇单烯丙基糖苷和氯铂酸水合物在500mL圆底烧瓶中混合均匀并加热至60℃，然后逐滴滴加七甲基三硅氧烷，升温至90℃，混合搅拌3h，得到溶液F；

X4：将溶液F转入减压蒸馏装置中，70℃下蒸馏，得到改性有机硅表面活性剂(即糖苷改性三硅氧烷)。

实施例二

一种环保型无氟泡沫灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：称取十二烷基硫酸钠4g、改性有机硅表面活性剂3g、烷基糖苷17.5g、聚乙二醇3.5g、水溶性咪唑啉15.5g、十二烷基二甲基甜菜碱12g、十二醇2.5g、乙二醇12.5g、二乙二醇单丁醚3.5g、黄原胶0.3g、羧甲基纤维素钠0.35g、尿素4g。

S2：将步骤S1中称量的十二烷基硫酸钠、改性有机硅表面活性剂、烷基糖苷、聚乙二醇和8.5mL的水充分混合形成混合物A；将步骤S1中称量的水溶性咪唑啉、十二烷基二甲基甜菜碱和4.3mL的水充分混合形成混合物B；将步骤S1中称量的十二醇、乙二醇、二乙二醇单丁醚充分混合形成混合物C；将步骤S1中称量的黄原胶、羧甲基纤维素、尿素充分混合形成混合物D；

S3：将步骤S2中的混合物B加入混合物C中，混合均匀后加入混合物A，混合均匀后加入混合物D，最后加入水至100mL并混合均匀，得到泡沫浓缩液；

S4：将步骤S3中得到的泡沫浓缩液与水按体积比6：94的比例混合均匀，配制得到环保型无氟泡沫灭火剂。

本实施例中，所述改性有机硅表面活性剂的制备方法包括以下步骤：

X1：分别称取摩尔比为6：1：0.035的二乙二醇单烯丙基醚、葡萄糖和甲苯磺酸于500mL圆底烧瓶中，混合均匀并加热至110℃，快速搅拌，在减压的条件下反应5.5h后加入NaOH中和，然后过滤并用活性炭吸附脱色，得到溶液E；

X2：将溶液E减压蒸馏，得到二乙二醇单烯丙基糖苷；

X3：称取摩尔比为1：2：1×10^-4的二乙二醇单烯丙基糖苷、七甲基三硅氧烷和氯铂酸水合物(氯铂酸水合物的溶剂为异丙醇)，将二乙二醇单烯丙基糖苷和氯铂酸水合物在500mL圆底烧瓶中混合均匀并加热至70℃，然后逐滴滴加七甲基三硅氧烷，升温至100℃，混合搅拌4h，得到溶液F；

X4：将溶液F转入减压蒸馏装置中，95℃下蒸馏，得到改性有机硅表面活性剂(即糖苷改性三硅氧烷)。

实施例三

一种环保型无氟泡沫灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：称取十二烷基硫酸钠5g、改性有机硅表面活性剂4g、烷基糖苷20g、聚乙二醇5g、水溶性咪唑啉18g、十二烷基二甲基甜菜碱14g、十二醇3g、乙二醇15g、二乙二醇单丁醚5g、黄原胶0.4g、羧甲基纤维素钠0.5g、尿素5g。

S2：将步骤S1中称量的十二烷基硫酸钠、改性有机硅表面活性剂、烷基糖苷、聚乙二醇和2mL的水充分混合形成混合物A；将步骤S1中称量的水溶性咪唑啉、十二烷基二甲基甜菜碱和1mL的水充分混合形成混合物B；将步骤S1中称量的十二醇、乙二醇、二乙二醇单丁醚充分混合形成混合物C；将步骤S1中称量的黄原胶、羧甲基纤维素、尿素充分混合形成混合物D；

S3：将步骤S2中的混合物B加入混合物C中，混合均匀后加入混合物A，混合均匀后加入混合物D，最后加入水至100mL并混合均匀，得到泡沫浓缩液；

S4：将步骤S3中得到的泡沫浓缩液与水按体积比6：94的比例混合均匀，配制得到环保型无氟泡沫灭火剂。

本实施例中，所述改性有机硅表面活性剂的制备方法包括以下步骤：

X1：分别称取摩尔比为6：1：0.035的二乙二醇单烯丙基醚、葡萄糖和甲苯磺酸于500mL圆底烧瓶中，混合均匀并加热至120℃，快速搅拌，在减压的条件下反应8h后加入NaOH中和，然后过滤并用活性炭吸附脱色，得到溶液E；

X2：将溶液E减压蒸馏，得到二乙二醇单烯丙基糖苷；

X3：称取摩尔比为1：2：1×10^-4的二乙二醇单烯丙基糖苷、七甲基三硅氧烷和氯铂酸水合物(氯铂酸水合物的溶剂为异丙醇)，将二乙二醇单烯丙基糖苷和氯铂酸水合物在500mL圆底烧瓶中混合均匀并加热至80℃，然后逐滴滴加七甲基三硅氧烷，升温至110℃，混合搅拌5h，得到溶液F；

X4：将溶液F转入减压蒸馏装置中，100℃下蒸馏，得到改性有机硅表面活性剂(即糖苷改性三硅氧烷)。

产品自检按“GB15308-2006”国家标准检验，各项技术指标如下。

为了研究本发明的环保型无氟泡沫灭火剂的性能，包括发泡能力、泡沫稳定性、表面性能、铺展性能、以及溶液的表观粘度，将本发明与传统的某商用6％型AFFF和某配方环保型泡沫灭火剂进行性能对比实验。实验结果如图1所示，从图1能够看出本发明三个实施例的泡沫灭火剂发泡能力、泡沫稳定性和粘度均优于其他商用泡沫灭火剂，表面张力优于6％型AFFF，界面张力与6％型AFFF相近，铺展性能优于某配方环保型泡沫灭火剂。

总之，从上述实验结果可以看出本发明的有益效果体现在：

1.环保性能好；市场现广泛使用的水成膜泡沫灭火剂虽然灭火性能好，但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，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，性能测试结果如图2所示；从图2能够看出在相同的测试条件下，本发明产品的灭火时间比某配方环保型泡沫灭火剂更短，100％抗烧时间比现有产品更长。

3.成本低；市场广泛使用的水成膜泡沫灭火剂因其所需氟碳表面活性剂费用较高，且大多进口国外，导致使用成本较高；相较于氟碳表面活性剂，有机硅表面活性剂和碳氢表面活性剂价格低的多，本发明采用有机硅表面活性剂和碳氢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。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种环保型无氟泡沫灭火剂，其特征在于：由体积比为6：94的泡沫浓缩液和水混合而成，所述泡沫浓缩液包括如下质量分数的组分：改性有机硅表面活性剂2％～4％、十二烷基硫酸钠3％～5％、烷基糖苷15％～20％、水溶性咪唑啉13％～18％、十二烷基二甲基甜菜碱10％～14％、十二醇2％～3％、聚乙二醇2％～5％、黄原胶0.2％～0.4％、羧甲基纤维素钠0.2％～0.5％、乙二醇10％～15％、尿素3％～5％、二乙二醇单丁醚2％～5％以及水5.1％～37.6％。

2.根据权利要求1所述的一种环保型无氟泡沫灭火剂，其特征在于：所述改性有机硅表面活性剂为基于糖苷改性的三硅氧烷表面活性剂。

3.一种如权利要求1所述的环保型无氟泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：按质量分数比例称取泡沫浓缩液的各组分；

S2：将步骤S1中称量的十二烷基硫酸钠、改性有机硅表面活性剂、烷基糖苷、聚乙二醇和2％～15％的水充分混合形成混合物A；将步骤S1中称量的水溶性咪唑啉、十二烷基二甲基甜菜碱和1％～7.5％的水充分混合形成混合物B；将步骤S1中称量的十二醇、乙二醇、二乙二醇单丁醚充分混合形成混合物C；将步骤S1中称量的黄原胶、羧甲基纤维素、尿素充分混合形成混合物D；

S3：将步骤S2中的混合物B加入混合物C中，混合均匀后加入混合物A，混合均匀后加入混合物D，最后加入2.1％～15.1％的水混合均匀，得到泡沫浓缩液；

S4：将步骤S3中得到的泡沫浓缩液用水稀释得到环保型无氟泡沫灭火剂，所述泡沫浓缩液与水的体积比为6：94。

4.根据权利要求3所述的一种环保型无氟泡沫灭火剂制备方法，其特征在于：所述改性有机硅表面活性剂的制备方法包括以下步骤：

X1：分别称取二乙二醇单烯丙基醚、葡萄糖和甲苯磺酸并混合均匀，加热至100～120℃，快速搅拌，在减压的条件下反应3～8h后加入NaOH中和，然后过滤并用活性炭吸附脱色，得到溶液E，所述二乙二醇单烯丙基醚、葡萄糖和甲苯磺酸的摩尔比为6：1：0.035；

X2：将步骤X1中得到的溶液E减压蒸馏，得到二乙二醇单烯丙基糖苷；

X3：称取二乙二醇单烯丙基糖苷和氯铂酸水合物并混合均匀，加热至60～80℃，逐滴滴加七甲基三硅氧烷，升温至90～110℃，混合搅拌3～5h，得到溶液F，所述二乙二醇单烯丙基糖苷、七甲基三硅氧烷与氯铂酸水合物的摩尔比为1：2：1×10^-4；

X4：将溶液F转入减压蒸馏装置中，70～100℃下蒸馏，得到改性有机硅表面活性剂。

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