CN114796965B - 一种环保型含氟水成膜灭火剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水成膜灭火剂领域，公开了一种环保型含氟水成膜灭火剂及其制备方法和应用，环保型含氟水成膜灭火剂包括如下质量份的原料，复合表面活性剂4～25份、发泡剂1.5～2.5份、泡沫稳定剂1.5～2.6份、抗烧剂0.005～0.07份、抗冻剂0.4～1.5份、防腐剂0.5～2份、助溶剂0.9～3份、水，复合表面活性剂由短链氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂混合而成。本方案中的短链氟碳表面活性剂含氟碳原子数低于6，易生物降解，更环保，在可燃性液体烃类表面形成泡沫层的厚度高，更好地防止复燃，延长抗烧时间；同时，其表面张力低，界面张力低。而且其与磺化煤油的界面张力低，扩散系数高，使得水成膜灭火剂更容易在其表面铺展，灭火更高效，能有效扑灭冶金过程中萃取剂发生的火灾。

Description

一种环保型含氟水成膜灭火剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水成膜灭火剂领域，具体涉及一种环保型含氟水成膜灭火剂及其制备方法和应用。

背景技术

氟碳表面活性剂在工业上有广泛的应用，但是，随着对氟碳表面活性剂的了解逐渐深入，发现其具有在人体物质累积性和远环境迁移能力，尤其是含有8个碳原子以上的氟碳表面活性剂对生物和环境都具有强烈的威胁，相反碳原子数量越低，更容易生物降解。

水成膜灭火剂，是一种由氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂为主剂的一种泡沫灭火剂，其能够在烃类液体的表面形成水膜以及泡沫，从而起到灭火的作用。灭火的机理主要有：一、窒息灭火：水膜和泡沫直接阻断烃类液体与空气的接触，使得助燃剂氧缺失，达到灭火目的。二、降温灭火：由于水的潜热较大，受热蒸发吸收大量的热量，从而使得燃烧物的表面温度得到大幅度地降低。三、表面活性剂具有亲水亲油性，亲油基能够与烃类物质结合，从而抑制其挥发，更深层次地起到灭火的作用。

水成膜灭火剂，能够在烃类液体的多种场所使用。例如：加油站、油库、码头、化工厂、湿法冶金萃取等。目前，现有水成膜灭火剂发泡倍数基本都在7～9倍，虽然达到了国标要求，但是，因发泡倍数越高，更有利于灭火，近年来研究高发泡倍数的水成膜灭火剂也逐渐成为热点。同时，研究发现更低的表面张力也有利于水成膜灭火剂在油面形成水膜，与烃类物质更容易结合。并且，更低的界面张力利于水成膜灭火剂在油面形成水膜的速度更快，使得灭火的效率提升。目前，湿法冶金工艺中，萃取过程使用的萃取剂含有大量的磺化煤油，一旦起火容易造成严重的经济损失。而现阶段，冶金公司常采用的是市场上通用的B类火灾灭火剂，没有专门针对磺化煤油的灭火剂，因此，亟需开发一种针对磺化煤油的灭火剂。

发明内容

本发明意在提供一种环保型含氟水成膜灭火剂及其制备方法和应用，以提高水成膜灭火剂的灭火效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种环保型含氟水成膜灭火剂，包括如下质量份的原料，复合表面活性剂4～25份、发泡剂1.5～2.5份、泡沫稳定剂1.5～2.6份、抗烧剂0.005～0.07份、抗冻剂0.4～1.5份、防腐剂0.5～2份、助溶剂0.9～3份、水，复合表面活性剂由短链氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂混合而成。

另一方面，本技术方案还提供一种环保型含氟水成膜灭火剂在湿法冶金萃取剂的灭火上的应用。

再一方面，本技术方案还提供一种环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂按比例混合，再加入水搅拌均匀，得体系I；

步骤II：向体系I内加入发泡剂、泡沫稳定剂，搅拌均匀后，升温至50～60℃得体系II；

步骤III：向体系II中加入助溶剂，搅拌均匀后加入抗烧剂并搅拌，得体系III；

步骤IV：将体系III中冷却到室温后，加入抗冻剂、防腐剂，搅拌均匀即得成品。

本技术方案的原理及有益效果在于：针对现有技术中的灭火剂对含磺化煤油萃取剂灭火效果不理想的问题，本技术方案对灭火剂的配方进行了整体的优化，将表面活性剂优化为氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配的形式，氟碳表面活性剂是特种表面活性剂中最重要的品种，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，即氟碳链代替了碳氢链，表面活性剂中的非极性基不仅有疏水性质而且独具疏油的性能。氟碳表面活性剂自身表面张力低，由其作为原料配制的水成膜灭火剂与市场常见同类产品相比，表面张力更低，与可燃性液体烃类的界面张力更低，即与磺化煤油的界面张力更低，扩散系数更高，使得水成膜灭火剂更易在其表面铺展，达到快速灭火的目的。此外，氟碳表面活性剂自身发泡倍数高，使得制备而成的灭火剂发泡倍数高于市场常见水成膜灭火剂，能够提升可燃性液体烃类表面形成泡沫层的厚度，增强灭火剂的油面密封效果，还可以更好地防止复燃，延长抗烧时间。碳氢表面活性剂指的是亲油部分为碳氢化合物的表面活性剂，是常用的一类表面活性剂，通过将碳氢表面活性剂与氟碳表面活性剂复配使用，经试验验证两者能够发挥协同增效的作用，显著增大灭火剂发泡倍数及扩散系数、降低表面张力，缩短对含磺化煤油萃取剂的灭火时间。

优选的，作为一种改进，短链氟碳表面活性剂为磺酸盐型氟碳表面活性剂，且含氟碳原子数量为4～5；磺酸盐型氟碳表面活性剂为全氟丁基或者全氟戊基作为疏水基，直接连接到磺酸基上；或者疏水基由聚氧乙烯链段或酰胺基间接连接到磺酸基上。

本技术方案中，使用的氟碳表面活性剂，含氟碳原子数低于6，更加容易生物降解，不易在生物体内累积，更环保。

优选的，作为一种改进，碳氢表面活性剂为α-烯基磺酸钠、己烷磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

本技术方案中，碳氢表面活性剂与氟碳表面活性剂复配，协同发挥降低表面张力、缩短对含磺化煤油萃取剂的灭火时间的作用，上述的碳氢表面活性剂与氟碳表面活性剂协同作用效果佳。

优选的，作为一种改进，短链氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的摩尔比为1～6:1～6。

本技术方案中，通过研究发现，氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂的添加比对灭火效果有重要影响，氟碳表面活性剂量过高，会造成成本上升，且灭火效果增强不显著；碳氢表面活性剂添加量过高，则会导致表面张力升高，对灭火效果产生不利影响。

优选的，作为一种改进，发泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。

本技术方案中，椰油酰胺丙基甜菜碱、羧甲基纤维素钠能够发挥稳定的发泡作用，作为原料添加到灭火剂中，效果良好。

优选的，作为一种改进，泡沫稳定剂为椰油二乙醇酰胺、月桂酰胺丙基氧化胺中的一种或多种。

本技术方案中，椰油二乙醇酰胺、月桂酰胺丙基氧化胺能够发挥泡沫稳定作用，作为原料添加到灭火剂中，效果良好。

优选的，作为一种改进，抗烧剂为聚乙二醇、黄原胶、海藻酸钠、刺槐豆胶中的一种或多种。

本技术方案中，聚乙二醇、黄原胶、海藻酸钠、刺槐豆胶作为抗烧剂添加到灭火剂中，效果良好，且原料来源广、应用技术成熟。

优选的，作为一种改进，抗冻剂为丙二醇丁醚、乙二醇中的一种或多种。

本技术方案中，丙二醇丁醚、乙二醇作为抗冻剂添加到灭火剂中，效果良好，且原料来源广、应用技术成熟。

优选的，作为一种改进，防腐剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、双乙酸氢钠中的一种或两种混合。

本技术方案中，在对防腐剂进行优选的过程中，创造性的选用了琥珀酸二辛酯磺酸钠，其与双乙酸氢钠作为原料添加到灭火剂中，效果良好。

优选的，作为一种改进，助溶剂为尿素。

本技术方案中，以尿素作为助溶剂添加到灭火剂中，效果良好，且原料来源广、应用技术成熟。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

方案总述：

一种环保型含氟水成膜灭火剂，包括如下质量份的原料，复合表面活性剂4～25份、发泡剂1.5～2.5份、泡沫稳定剂1.5～2.6份、抗烧剂0.005～0.07份、抗冻剂0.4～1.5份、防腐剂0.5～2份、助溶剂0.9～3份、水，复合表面活性剂由短链氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂混合而成，短链氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的摩尔比为1～6:1～6。

其中，短链氟碳表面活性剂为磺酸盐型氟碳表面活性剂，且含氟碳原子数量为4～5。磺酸盐型氟碳表面活性剂为全氟丁基或者全氟戊基作为疏水基，直接连接到磺酸基上；或者疏水基由聚氧乙烯链段或酰胺基间接连接到磺酸基上。

碳氢表面活性剂为α-烯基磺酸钠、己烷磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

发泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。

泡沫稳定剂为椰油二乙醇酰胺、月桂酰胺丙基氧化胺中的一种或多种。

抗烧剂为聚乙二醇、黄原胶、海藻酸钠、刺槐豆胶中的一种或多种。

抗冻剂为丙二醇丁醚、乙二醇中的一种或多种。

防腐剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、双乙酸氢钠中的一种或两种混合。

助溶剂为尿素。

环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂按比例混合，再加入水搅拌均匀，得体系I；

步骤II：向体系I内加入发泡剂、泡沫稳定剂，搅拌均匀后，升温至50～60℃得体系II；

步骤III：向体系II中加入助溶剂，搅拌均匀后加入抗烧剂并搅拌，得体系III；

步骤IV：将体系III中冷却到室温后，加入抗冻剂、防腐剂，搅拌均匀即得成品。

制备而成的环保型含氟水成膜灭火剂在湿法冶金萃取剂的灭火上的应用。

实施例1

本实施例中环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、十二烷基硫酸钠按照摩尔比1:6复配，总计21份，再加入其余的水搅拌均匀；其中短链氟碳表面活性剂的含氟C原子数量为4；

步骤II：加入椰油酰胺丙基甜菜碱2.5份、月桂酰胺丙基氧化胺1.5份，搅拌均匀；

步骤III：升温至50℃，加入尿素1.8份，搅拌均匀后，缓慢加入黄原胶0.005份，搅拌均匀；

步骤IV：待降温至室温，加入丙二醇丁醚0.6份，双乙酸氢钠2份，搅拌均匀，即得本发明环保型含氟水成膜灭火剂产品。

实施例2

本实施例中环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、α-烯基磺酸钠按照摩尔比4:1复配，总计8份，再加入其余的水搅拌均匀；其中短链氟碳表面活性剂的含氟C原子数量为4；

步骤II：加入羧甲基纤维素钠1.6份、椰油二乙醇酰胺2份，搅拌均匀；

步骤III：升温至52℃，加入尿素1.3份，搅拌均匀后，缓慢加入聚乙二醇0.04份，搅拌均匀；

步骤IV：待降温至室温，加入丙二醇丁醚0.4份，双乙酸氢钠1.8份，搅拌均匀，即得本发明环保型含氟水成膜灭火剂产品。

实施例3

本实施例中环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、α-烯基磺酸钠按照摩尔比1:1复配，总计13份，再加入其余的水搅拌均匀；其中短链氟碳表面活性剂的含氟C原子数量为4；

步骤II：加入椰油酰胺丙基甜菜碱1.5份、椰油二乙醇酰胺2.6份，搅拌均匀；

步骤III：升温至57℃，加入尿素3份，搅拌均匀后，缓慢加入聚乙二醇0.05份，搅拌均匀；

步骤IV：待降温至室温，加入乙二醇1.5份，琥珀酸二辛酯磺酸钠0.5份，搅拌均匀，即得本发明产品。

实施例4

本实施例中环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、己烷磺酸钠按照摩尔比1:3复配，总计18份，再加入其余的水搅拌均匀；其中短链氟碳表面活性剂的含氟C原子数量为4；

步骤II：加入羧甲基纤维素钠2.1份、椰油二乙醇酰胺1.9份，搅拌均匀；

步骤III：升温至60℃，加入尿素2.1份，搅拌均匀后，缓慢加入刺槐豆胶0.007份，搅拌均匀；

步骤IV：待降温至室温，加入丙二醇丁醚1.3份，琥珀酸二辛酯磺酸钠0.7份，搅拌均匀，即得本发明产品。

实施例5

本实施例中环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、十二烷基硫酸钠按照摩尔比2:1复配，总计25份，再加入其余的水搅拌均匀；其中短链氟碳表面活性剂的含氟C原子数量为4；

步骤II：加入椰油酰胺丙基甜菜碱2.2份、椰油二乙醇酰胺1.6份，搅拌均匀；

步骤III：升温至55℃，加入尿素1份，搅拌均匀后，缓慢加入黄原胶0.009份，搅拌均匀；

步骤IV：待降温至室温，加入丙二醇丁醚0.8份，琥珀酸二辛酯磺酸钠1.1份，搅拌均匀，即得本发明产品。

实施例6

本实施例中环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、己烷磺酸钠按照摩尔比6:1复配，总计4份，再加入其余的水搅拌均匀；其中短链氟碳表面活性剂的含氟C原子数量为4；

步骤II：加入羧甲基纤维素钠1.8份、月桂酰胺丙基氧化胺2.3份，搅拌均匀；

步骤III：升温至59℃，加入尿素0.9份，搅拌均匀后，缓慢加入海藻酸钠0.02份，搅拌均匀；

步骤IV：待降温至室温，加入乙二醇1.1份，双乙酸氢钠1.5份，搅拌均匀，即得本发明产品。

为方便查阅将各实施例及对比例的参数归纳为如下表格，其中实施例1-6的具体参数设置详见上文(以质量份为100份计，余量为水)。对比例1、对比例2为市售的灭火剂。对比例3与实施例1的不同之处在于短链氟碳表面活性剂与十二烷基硫酸钠的摩尔比为1：8，对比例4与实施例1的不同之处在于短链氟碳表面活性剂与十二烷基硫酸钠的摩尔比为8：1，对比例5、对比例6分别为短链氟碳表面活性剂、十二烷基硫酸钠单独作为表面活性剂使用。

表1

对上述各实施例及对比例的环保型含氟水成膜灭火剂进行理化性质及灭火性能测试，其中理化性质包括pH值、表面张力、界面张力(油相为磺化煤油)、扩散系数；灭火性能包括灭火时间、抗烧时间、发泡倍数、25％析液时间，测试方法参考国家标准GB/T 15308-2006，每组进行三次重复实验，测试结果详见下表。

表2环保型含氟水成膜灭火剂的性能检测结果

从表2中可以看到，所有实施例中，检测得到的结果，都满足国标的要求，并且均优于参照的样品(对比例1-2)，灭火性能得到了提升。对比例3短链氟碳表面活性剂与十二烷基硫酸钠的摩尔比为1:8，短链氟碳表面活性剂添加量过低导致表面张力高，泡沫倍数低，界面张力高，扩散系数为负值，水成膜泡沫灭火剂不能在磺化煤油面上铺展，进而导灭火时间延长，不能在有效时间内灭火；对比例4短链氟碳表面活性剂与十二烷基硫酸钠的摩尔比为8：1，短链氟碳表面活性剂添加量过高，表面张力不再继续降低，灭火效果几乎不再有效提升。因此，在短链氟碳表面活性剂过高时，不能促进性能的提升，反而因为氟碳表面活性剂原材料价格高于碳氢表面活性剂而增加成本。对比例5、对比例6分别以短链氟碳表面活性剂、十二烷基硫酸钠单独作为表面活性剂使用，结果表明：以短链氟碳表面活性剂单独使用(对比例5)的效果和实施例的效果相差不大，说明增加氟碳表面活性剂性能提升不明显，还会增加成本。氟碳表面活性剂的价格比碳氢表面活性剂的高很多，与碳氢复配也能达到相同的效果，能够起到降低成本的作用。以十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂单独使用，导致表面张力高，泡沫倍数低，界面张力高，扩散系数为负值，水成膜泡沫灭火剂不能在磺化煤油面上铺展，进而导灭火时间延长，不能在有效时间内灭火。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.一种环保型含氟水成膜灭火剂，其特征在于：包括如下质量份的原料，复合表面活性剂4~25份、发泡剂1.5~2.5份、泡沫稳定剂1.5~2.6份、抗烧剂0.005~0.07份、抗冻剂0.4~1.5份、防腐剂0.5~2份、助溶剂0.9~3份、水，所述复合表面活性剂由短链氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂混合而成；短链氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂的摩尔比为2~4:1；短链氟碳表面活性剂为磺酸盐型氟碳表面活性剂，且含氟碳原子数量为4~5；磺酸盐型氟碳表面活性剂为全氟丁基或者全氟戊基作为疏水基，直接连接到磺酸基上；或者疏水基由聚氧乙烯链段或酰胺基间接连接到磺酸基上；发泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱、羧甲基纤维素钠中的一种或多种；所述碳氢表面活性剂为α-烯基磺酸钠、己烷磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种；所述泡沫稳定剂为椰油二乙醇酰胺、月桂酰胺丙基氧化胺中的一种或多种；所述抗烧剂为聚乙二醇、黄原胶、海藻酸钠、刺槐豆胶中的一种或多种；所述抗冻剂为丙二醇丁醚、乙二醇中的一种或多种；所述防腐剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠、双乙酸氢钠中的一种或两种混合；所述助溶剂为尿素。

2.一种权利要求1所述的环保型含氟水成膜灭火剂在湿法冶金萃取剂的灭火上的应用。

3.一种权利要求1所述的环保型含氟水成膜灭火剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤I：将短链氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂按比例混合，再加入水搅拌均匀，得体系I；

步骤II：向体系I内加入发泡剂、泡沫稳定剂，搅拌均匀后，升温至50~60℃得体系II；

步骤III：向体系II中加入助溶剂，搅拌均匀后加入抗烧剂并搅拌，得体系III；

步骤IV：将体系III中冷却到室温后，加入抗冻剂、防腐剂，搅拌均匀即得成品。