CN114618110A - 一种用于低温环境的水系灭火剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低温环境的水系灭火剂。该水系灭火剂通过在40℃水中，将抗冻剂乙二醇和二甲基亚砜充分混合，震荡15min，之后在40℃水温下，将十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基糖苷等表面活性剂充分溶解，再向混合液中添加尿素、氯化钠、碳酸氢钾、三氮唑，充分震荡、搅拌，直到没有或极少量悬浮物和沉淀，最后将溶液进一步过滤，得到抗冻水系灭火剂。本发明的水系灭火剂制备方法简单，使用方便，抗冻效果好，可将灭火剂凝固点降低到‑16℃，对比凝固点同为‑16℃且单纯使用乙二醇作为抗冻剂的水系灭火剂，灭柴油火时间缩短了86.2%，腐蚀率降低了75.6%。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于低温环境的水系灭火剂，特别涉及一种适用于A类和B类火灾的抗冻水系灭火剂，属于灭火剂制备技术领域。
背景技术
水作为最早用于灭火的介质之一，由于水具有很强的吸热能力，能显著冷却自身及周围温度，蒸发后产生大量水蒸气，能够阻断助燃剂来源，从而中断燃烧。因此水一直以来都是应用最广泛的，主要用于扑灭A类火灾的主要灭火剂。但是也有很多不足，例如水还没到达燃烧位置时直接发生了汽化，这降低了水的灭火效率；水本身容易流动，这使其在实际应用过程中会浪费大量水资源，并且灭火效果并不好，会发生复燃。因此需要在水中添加一些物质来改变水的物理化学性能，使水具有更多适宜灭火的特性，改善水的性能。这种在水中加入添加剂从而改变水的物理性质来提高水的灭火性能的灭火剂称为水系灭火剂。
水系灭火剂灭火机理为：在灭火过程中，当水系灭火剂在燃烧物表面流散的同时析出液体冷却其表面，并在燃烧物表面上形成一层水膜与泡沫层共同封闭燃烧物表面，隔绝空气，形成隔热屏障，吸收热量后的液体汽化并稀释燃烧物表面上空气的含氧量，对燃烧物体产生窒息作用，阻止了燃烧的继续；同时，该灭火剂与燃烧物质发生化学反应，形成聚合物质，该聚合物质能有效抑制或降低燃烧自由基的产生，破坏燃烧链，阻止燃烧。总之，水系灭火剂具有物理与化学灭火的双重作用，即冷却与覆盖，同时也具有破坏燃烧链的作用，因此，水系灭火剂与传统灭火剂相比，其灭火效率有着不可比拟的明显优势，且应用广泛，可扑灭A、B、C、E类火灾。此外，水系灭火剂还有消烟和隔热等性能。
专利CN 111840882 A公开了一种水系灭火剂及其制备方法，利用水溶性钠盐与食用油发生酯化反应以及加入发泡剂等过程，实现物理冷却、窒息、化学渗透三种机理相结合灭火，具有降温速度快、阻燃效率高、抗复燃率高等特性。但是，其配方使用了质量分数为10～20％的乙二醇和丙三醇中的一种或两种，均为有机抗冻剂，且未添加缓蚀剂，可能无法达到抗复燃率高的效果，并且该配方未针对有机抗冻剂的腐蚀性加以改进。
专利CN 111450463 A设计了一种多组分的水系灭火剂，具有流动性好、环保性好且凝固点低等优点，但其中使用了较高比例的聚丙烯酰胺，质量分数约为0.7％。经验证，在该情况下溶液粘稠度大大增加，无法以水雾形式喷射灭火，增加了针对B类火灾灭火的局限性。
发明内容
本发明的目的在于制备一种兼顾抗冻、防腐蚀以及灭火性能的水系灭火剂。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种用于低温环境的水系灭火剂，以质量比百分比计，包括如下组分：1.05％表面活性剂，8.5～28％抗冻剂，5％阻燃剂，0.3‰缓蚀剂，余量水，其中，抗冻剂由以水系灭火剂为百分含量的3～9％乙二醇、2～8％二甲基亚砜、0.5～2％尿素、3～9％氯化钠构成。
进一步的，表面活性剂由1.5:1:1的十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和烷基糖苷构成。
进一步的，阻燃剂采用碳酸氢钾。
进一步的，缓蚀剂采用三氮唑。
上述水系灭火剂通过以下步骤制备：
步骤1，准备一半的水，加热至40～50℃并保温，加入乙二醇和二甲基亚砜，混合备用；
步骤2，在40～50℃下，继续加入尿素、氯化钠、碳酸氢钾、三氮唑以及表面活性剂，充分混合后，加入剩余的水，震荡15～20min，得到所述的水系灭火剂。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)本发明的水系灭火剂不同于以往单纯使用乙二醇作为抗冻剂的灭火剂，在与无机盐溶液复配后，保证了灭火剂的抗复燃性能。对比单纯使用乙二醇作为抗冻剂且凝固点同为-16℃的水系灭火剂，灭火时间缩短了21.4s。
(2)本发明的新型抗冻水系灭火剂抗腐蚀性好，对比单纯使用乙二醇作为抗冻剂且凝固点同为-16℃的水系灭火剂，腐蚀率减小了75.6％；
(3)制备方法简单，成本低廉，作为灭火剂材料应用广泛，适用于固体火灾、液体火灾，成本低廉，适合批量化生产。
附图说明
图1a为水灭木垛火温度变化曲线，图1b为本发明水系灭火剂灭木垛火温度变化曲线。
图2a为对比例2灭柴油火温度变化曲线，图2b为本发明实施例17的水系灭火剂灭柴油火温度变化曲线。
图3为本发明实施例17的水系灭火剂用于应用例2中A类固体火灾的燃烧示意图。
图4为本发明实施例17的水系灭火剂用于应用例3中B类油类火灾燃烧示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明并不限于以下的实施例。
实施例1
步骤1，准备300ml蒸馏水，加热至40～50℃并保温，将乙二醇和二甲基亚砜均匀混合，备用；
步骤2，在40～50℃下，在步骤1所得溶液中依次加入尿素、氯化钠、碳酸氢钾、三氮唑以及表面活性剂十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基糖苷。充分混合后，使用烧杯和移液管继续加水，直至单份样品质量达到500g，震荡15～20min。其中，乙二醇的质量百分含量为3.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为2.00％，尿素的质量百分含量为0.50％，氯化钠的质量百分含量为3.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％；
步骤3，将步骤2所得溶液冷却至室温，使用滤纸和分液漏斗过滤掉溶液及泡沫中的杂质，密封储存。样品凝固点为-10℃，失重率1.22％，平均灭火时间为10.2s。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为3.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为4.00％，尿素的质量百分含量为1.00％，氯化钠的质量百分含量为5.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-10℃，失重率1.15％，平均灭火时间为9.9s。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为3.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为6.00％，尿素的质量百分含量为1.50％，氯化钠的质量百分含量为7.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率0.79％，平均灭火时间为9.1s。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为3.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为8.00％，尿素的质量百分含量为2.00％，氯化钠的质量百分含量为9.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-14℃，失重率1.23％，平均灭火时间为15.5s。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为5.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为2.00％，尿素的质量百分含量为1.00％，氯化钠的质量百分含量为7.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-10℃，失重率0.71％，平均灭火时间为8.1s。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为5.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为4.00％，尿素的质量百分含量为0.50％，氯化钠的质量百分含量为9.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率1.12％，平均灭火时间为10.0s。
实施例7
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实施例8
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实施例9
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为7.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为2.00％，尿素的质量百分含量为1.50％，氯化钠的质量百分含量为9.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率1.06％，平均灭火时间为9.8s。
实施例10
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为7.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为4.00％，尿素的质量百分含量为2.00％，氯化钠的质量百分含量为7.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-14℃，失重率0.72％，平均灭火时间为6.5s。
实施例11
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为7.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为6.00％，尿素的质量百分含量为0.50％，氯化钠的质量百分含量为5.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率0.34％，平均灭火时间为11.9s。
实施例12
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为7.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为8.00％，尿素的质量百分含量为1.00％，氯化钠的质量百分含量为3.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率0.63％，平均灭火时间为15.0s。
实施例13
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为9.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为2.00％，尿素的质量百分含量为2.00％，氯化钠的质量百分含量为5.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率0.23％，平均灭火时间为14.3s。
实施例14
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为9.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为4.00％，尿素的质量百分含量为1.50％，氯化钠的质量百分含量为3.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率0.18％，平均灭火时间为17.1s。
实施例15
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为9.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为6.00％，尿素的质量百分含量为1.00％，氯化钠的质量百分含量为9.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-16℃，失重率0.79％，平均灭火时间为16.3s。
实施例16
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为9.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为8.00％，尿素的质量百分含量为0.50％，氯化钠的质量百分含量为7.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-14℃，失重率0.49％，平均灭火时间为12.3s。
实施例17
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为9.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为2.00％，尿素的质量百分含量为2.00％，氯化钠的质量百分含量为7.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-14℃，失重率0.44％，平均灭火时间为5.2s。
实施例18
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为9.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为8.00％，尿素的质量百分含量为2.00％，氯化钠的质量百分含量为9.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-16℃，失重率0.78％，平均灭火时间为7.4s。
实施例19
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为9.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为6.00％，尿素的质量百分含量为2.00％，氯化钠的质量百分含量为5.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-14℃，失重率0.48％，平均灭火时间为8.4s。
实施例20
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为5.00％，二甲基亚砜的质量百分含量为2.00％，尿素的质量百分含量为0.50％，氯化钠的质量百分含量为7.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-12℃，失重率0.65％，平均灭火时间为4.1s。
应用例1
灭木垛火实验：木垛大小为15cm×15cm×8cm，用油盘引燃，30s后木材充分燃烧取该时刻为零时刻，木垛火如图3所示。在灭火装置中装入500mL新型抗冻水系灭火剂进行灭火实验。新型抗冻水系灭火剂按照实施例17配方制成。实验结果如图1b所示，11.3s后木垛火被熄灭。
应用例2
灭柴油火实验：实施本发明对柴油火实验，在25cm×15cm×4cm的矩形油盘中注入3cm深的0#柴油。用少量脱脂棉引燃柴油，让火自然燃烧60s，柴油火如图4所示。在灭火装置中装入500mL新型抗冻水系灭火剂进行灭火实验。新型抗冻水系灭火剂按照实施例17配方制成。实验结果如图2b所示，5.2s后柴油火被熄灭。
对比例1
本对比例与实施例17基本相同，唯一不同的是步骤2中，以5％碳酸钾、5％磷酸一铵分别代替5.00％碳酸氢钾作为阻燃剂，其他添加剂及配比不变。从表1可以看出碳酸氢钾灭火效果最好，平均灭火时间达到了5.2s。
表1给出了不同阻燃剂制备水系灭火剂产品的灭火时间。
表1 不同阻燃剂的产品灭火时间
对比例2
本对比例与应用例2基本相同，唯一不同的是使用水代替本发明，装入灭火装置中，进行灭木垛火实验。实验结果如图1a所示，35.7秒后木垛火被熄灭。
对比例3
本对比例与实施例17基本相同，唯一不同的是步骤2中，乙二醇的质量百分含量为14.00％，碳酸氢钾的质量百分含量为5.00％，三氮唑的质量百分含量为0.03％，十二烷基硫酸钠的质量百分含量为0.45％，十二烷基苯磺酸钠的质量百分含量为0.30％，烷基糖苷为0.30％。样品凝固点为-16℃，失重率1.21％，平均灭火时间为36.2s。实验结果如图2a所示，36.1s后柴油火被熄灭。
Claims (5)
1.一种用于低温环境的水系灭火剂，其特征在于，以质量比百分比计，包括如下组分：1.05%表面活性剂，8.5~28%抗冻剂，5%阻燃剂，0.3‰缓蚀剂，余量水，其中，抗冻剂由以水系灭火剂为百分含量的3~9%乙二醇、2~8%二甲基亚砜、0.5~2%尿素、3~9%氯化钠构成。
2.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征在于，表面活性剂由1.5:1:1的十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和烷基糖苷构成。
3.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征在于，阻燃剂采用碳酸氢钾。
4.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征在于，缓蚀剂采用三氮唑。
5.如权利要求1-4任一项所述的水系灭火剂的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，准备一半的水 ，加热至40~50℃并保温，加入乙二醇和二甲基亚砜，混合备用；
步骤2，在40~50℃下，继续加入尿素、氯化钠、碳酸氢钾、三氮唑以及表面活性剂，充分混合后，加入剩余的水，震荡15~20min，得到所述的水系灭火剂。
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