水成膜泡沫灭火剂组合物、水成膜泡沫灭火剂及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及灭火剂技术领域，公开了一种水成膜泡沫灭火剂组合物、水成膜泡沫灭火剂及其制备方法和应用。该组合物中含有两者以上混合保存或各自独立保存的以下组分：第一表面活性剂、第二表面活性剂、稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂和溶剂；以组合物的总重量为基准，第一表面活性剂的含量为5‑20重量％，第二表面活性剂的含量为3‑15重量％，稳泡剂的含量为0.5‑3重量％，缓蚀剂的含量为0.1‑0.3重量％，阻燃剂的含量为0.3‑2重量％，抗冻剂的含量为5‑10重量％，溶剂的含量为50‑80重量％。采用本发明提供的组合物能够制备得到灭火性能优异、抗烧能力强且对环境友好的水成膜泡沫灭火剂。

权利要求

1.一种水成膜泡沫灭火剂组合物，其特征在于，该组合物中含有两者以上混合保存或各自独立保存的以下组分：第一表面活性剂、第二表面活性剂、稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂和溶剂；

所述第二表面活性剂为具有式(1)所示结构的化合物，以所述组合物的总重量为基准，所述第一表面活性剂的含量为5‑20重量％，所述第二表面活性剂的含量为3‑15重量％，所述稳泡剂的含量为0.5‑3重量％，所述缓蚀剂的含量为

0.1‑0.3重量％，所述阻燃剂的含量为0.3‑2重量％，所述抗冻剂的含量为5‑10重量％，所述溶剂的含量为50‑80重量％；

其中，所述第一表面活性剂选自APG0810、APG0812、APG0814、月桂醇硫酸钠中的至少一种；

所述稳泡剂选自二乙二醇单丁醚、黄原胶、羟丙基甲基纤维素中的至少一种；

所述缓蚀剂为苯并三氮唑；

所述阻燃剂选自聚磷酸铵、碳酸钾、碳酸铵中的至少一种；

所述抗冻剂选自尿素、乙二醇、三乙醇胺磷酸脂中的至少一种。

2.根据权利要求1中所述的组合物，其中，以所述组合物的总重量为基准，所述第一表面活性剂的含量为8‑10重量％，所述第二表面活性剂的含量为5‑10重量％，所述稳泡剂的含量为0.5‑2重量％，所述缓蚀剂的含量为0.1‑0.15重量％，所述阻燃剂的含量为0.8‑2重量％，所述抗冻剂的含量为5‑8重量％，所述溶剂的含量为70‑80重量％。

3.一种制备水成膜泡沫灭火剂的方法，其特征在于，该方法包括：将权利要求1或2中所述的组合物中的各组分进行混合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述水成膜泡沫灭火剂组合物中的各组分进行混合的操作包括以下步骤：(1)在溶剂存在下，将第一表面活性剂和第二表面活性剂进行第一混合，得到第一混合溶液；

(2)将所述第一混合溶液与稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂进行第二混合。

5.由权利要求3或4所述的方法制备得到的水成膜泡沫灭火剂。

6.权利要求5所述的水成膜泡沫灭火剂在石油化工中的应用。

说明书

水成膜泡沫灭火剂组合物、水成膜泡沫灭火剂及其制备方法

和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及灭火剂技术领域，具体涉及一种水成膜泡沫灭火剂组合物、水成膜泡沫灭火剂及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 目前，用于扑灭油类火灾的灭火剂中，水成膜泡沫灭火剂由于其水成膜及泡沫的双重灭火作用具有最佳灭火效果。而且由于水成膜泡沫灭火剂中绝大部分成分是水，在国际范围的“淘汰哈龙行动”中作为哈龙灭火剂的理想替代品，成为国际上重点发展的灭火剂。

[0003] 水成膜泡沫灭火剂的核心起泡成分为氟碳表面活性剂，如全氟辛基磺酸、全氟辛酸及其盐类，该类表面活性剂能够使水成膜泡沫能在有机化合物液体表面迅速扩散并形成稳定的液膜，使泡沫和可燃性液体之间分隔。该水膜不仅能隔绝燃料表面与氧气接触，还能对燃料表面进行冷却降温；同时，泡沫中析出的水在高温下蒸发为水蒸气，稀释可燃性液体上方的氧气浓度，从而实现高效灭火。

[0004] 目前，应用最广泛的氟碳表面活性剂成分主要为氟碳链长为8个碳的全氟辛烷磺酸盐(PFOS)的衍生物，PFOS是一种难以降解的毒性有机污染物，存在严重的环境污染问题，国际已经并严格限制了PFOS及其衍生物的使用。

[0005] 现有技术中，环保型水成膜泡沫灭火剂主要分为以下两个研究方向：

[0006] 一、提高氟碳表面活性剂的可降解能力。美国杜邦公司生产了氟碳链长为六个碳的水成膜泡沫灭火剂，其生物毒性及对环境的污染程度均低于以PFOS为代表的水成膜泡沫灭火剂。

[0007] 二、研发无氟表面活性剂。合成新的无氟环保型表面活性剂或者多种表面活性剂复配也是研发环保型水成膜泡沫灭火剂的热门方向。

[0008] 然而，从长远来看，氟碳链长为六个碳的氟碳表面活性剂的使用仍对环境存在潜在的影响，另外，基于有机硅表面活性剂的水成膜泡沫灭火剂往往存在成膜能力和灭火性能差的问题，从而导致不能达到面向市场的要求。

发明内容

[0009] 本发明的目的是为了克服现有技术存在成膜能力差且灭火性能不佳的问题。

[0010] 为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种水成膜泡沫灭火剂组合物，该组合物中含有两者以上混合保存或各自独立保存的以下组分：

[0011] 第一表面活性剂、第二表面活性剂、稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂和溶剂；

[0012] 所述第一表面活性剂选自阴离子型碳氢表面活性剂、阳离子型碳氢表面活性剂、两性离子型碳氢表面活性剂中的至少一种；

[0013] 所述第二表面活性剂为具有式(1)所示结构的化合物，

[0014]

[0015] 以所述组合物的总重量为基准，所述第一表面活性剂的含量为5‑20重量％，所述第二表面活性剂的含量为3‑15重量％，所述稳泡剂的含量为0.5‑3重量％，所述缓蚀剂的含量为0.1‑0.3重量％，所述阻燃剂的含量为0.3‑2重量％，所述抗冻剂的含量为5‑10重量％，所述溶剂的含量为50‑80重量％。

[0016] 本发明第二方面提供一种制备水成膜泡沫灭火剂的方法，该方法包括：将第一方面所述的组合物中的各组分进行混合。

[0017] 本发明第三方面提供由第二方面所述的方法制备得到的水成膜泡沫灭火剂。

[0018] 本发明第四方面提供第三方面所述的水成膜泡沫灭火剂在石油化工中的应用。

[0019] 本发明将碳氢表面活性剂和氟碳表面活性剂复配，并协同稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂和溶剂形成的组合物能够提高成膜能力和灭火性能，从而制备得到灭火性能优异、抗烧能力强且对环境友好的水成膜泡沫灭火剂。

附图说明

[0020] 图1是本发明制备例1制备得到的第二表面活性剂的核磁谱图。

具体实施方式

[0021] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

[0022] 需要说明的是，在本发明的各方面中，针对各方面中的相同的组分，本发明仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。

[0023] 需要说明的是，在本发明中，未说明的原料均可由一般途径的商购获得，本领域技术人员可以根据需要进行采购，在本发明中，不再一一赘述。

[0024] 如前所述，本发明的第一方面提供了一种水成膜泡沫灭火剂组合物，该组合物中含有两者以上混合保存或各自独立保存的以下组分：

[0025] 第一表面活性剂、第二表面活性剂、稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂和溶剂；

[0026] 所述第一表面活性剂选自阴离子型碳氢表面活性剂、阳离子型碳氢表面活性剂、两性离子型碳氢表面活性剂中的至少一种；

[0027] 所述第二表面活性剂为具有式(1)所示结构的化合物，

[0028]

[0029] 以所述组合物的总重量为基准，所述第一表面活性剂的含量为5‑20重量％，所述第二表面活性剂的含量为3‑15重量％，所述稳泡剂的含量为0.5‑3重量％，所述缓蚀剂的含量为0.1‑0.3重量％，所述阻燃剂的含量为0.3‑2重量％，所述抗冻剂的含量为5‑10重量％，所述溶剂的含量为50‑80重量％。

[0030] 优选地，所述第二表面活性剂是由包括以下步骤的方法制备得到的：在酸性溶剂I存在下，将式(2)所示化合物与SF4进行接触反应；

[0031]

[0032] 优选地，所述接触反应的条件至少包括：搅拌速度为400‑600rpm，温度为30‑50℃，时间为15‑30h。

[0033] 优选地，所述酸性溶剂I为氢氟酸。

[0034] 本发明对所述氢氟酸的浓度没有特别的限要求，示例性地，所述氢氟酸的浓度为48‑55wt％。

[0035] 优选地，所述第二表面活性剂的制备方法还包括：在进行所述接触反应之前，先将所述酸性溶剂I在保护气氛下进行冷却处理。

[0036] 优选地，所述保护气氛为氮气。

[0037] 优选地，所述冷却处理的条件至少包括：温度为零下70℃至零下80℃，时间为0.5‑1h。

[0038] 优选地，所述第二表面活性剂的制备方法还包括：将所述接触反应后得到的产物静置处理，并将所述静置处理后得到的物料依次进行清洗和萃取分离。

[0039] 优选地，所述静置处理的条件至少包括：温度为20‑30℃，时间为0.1‑0.5h。

[0040] 优选地，所述清洗包括用水和氢氧化钠溶液依次进行清洗。

[0041] 本发明对所述水的用量没有特别的要求，只需要能够实现清洗的目的即可。

[0042] 本发明对所述氢氧化钠溶液的用量和浓度没有特别的要求，只需要能够实现清洗的目的即可，示例性地，所述氢氧化钠溶液的浓度为1‑3mol/L，所述氢氧化钠溶液的用量为1‑3mol。

[0043] 优选地，所述萃取分离过程中采用的萃取剂为二氯甲烷。

[0044] 优选地，所述第一表面活性剂选自APG0810、APG0812、APG0814、月桂醇硫酸钠中的至少一种。

[0045] 优选地，以所述组合物的总重量为基准，所述第一表面活性剂的含量为8‑10重量％，所述第二表面活性剂的含量为5‑10重量％，所述稳泡剂的含量为0.5‑2重量％，所述缓蚀剂的含量为0.1‑0.15重量％，所述阻燃剂的含量为0.8‑2重量％，所述抗冻剂的含量为5‑8重量％，所述溶剂的含量为70‑80重量％。发明人发现，采用该优选情况下的具体实施方式，能够制备得到灭火能力更优异的水成膜泡沫灭火剂。

[0046] 优选地，所述稳泡剂选自二乙二醇单丁醚、黄原胶、羟丙基甲基纤维素中的至少一种。

[0047] 优选地，所述缓蚀剂为苯并三氮唑。

[0048] 优选地，所述阻燃剂选自聚磷酸铵、碳酸钾、碳酸铵中的至少一种。

[0049] 优选地，所述抗冻剂选自尿素、乙二醇、三乙醇胺磷酸脂中的至少一种。优选地，所述溶剂为水。

[0050] 如前所述，本发明的第二方面提供了一种制备水成膜泡沫灭火剂的方法，该方法包括：将第一方面所述的组合物中的各组分进行混合。

[0051] 优选地，所述将水成膜泡沫灭火剂组合物中的各组分进行混合的操作包括以下步骤：

[0052] (1)在溶剂存在下，将第一表面活性剂和第二表面活性剂进行第一混合，得到第一混合溶液；

[0053] (2)将所述第一混合溶液与稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂进行第二混合。

[0054] 优选地，所述第一混合、所述第二混合的条件各自独立地包括：搅拌速度为700‑1000rpm，温度为40‑60℃，时间为1‑2h。

[0055] 如前所述，本发明的第三方面提供了由第二方面所述的方法制备得到的水成膜泡沫灭火剂。

[0056] 如前所述，本发明的第四方面提供了第三方面所述的水成膜泡沫灭火剂在石油化工中的应用。

[0057] 以下将通过实例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均为市售品。

[0058] 第一表面活性剂：APG0810，购自上海发凯化工有限公司；

[0059] 第一表面活性剂：APG0814，购自上海发凯化工有限公司；

[0060] 第一表面活性剂：月桂醇硫酸钠，购自绿森化工有限公司；

[0061] 第二表面活性剂：自制第二表面活性剂I；

[0062] 第二表面活性剂：氟碳表面活性剂1157，购自上海雨木化工有限公司；

[0063] 稳泡剂：二乙二醇单丁醚，购自正和化工有限公司；

[0064] 稳泡剂：黄原胶，购自绿森化工有限公司；

[0065] 缓蚀剂：苯并三氮唑，购自三元化工有限公司；

[0066] 阻燃剂：聚磷酸铵，购自富铭化工有限公司；

[0067] 阻燃剂：碳酸铵，购自富铭化工有限公司；

[0068] 抗冻剂：尿素，购自富铭化工有限公司；

[0069] 抗冻剂：乙二醇，购自正和化工有限公司。

[0070] 制备例1

[0071] 本制备例用于制备第二表面活性剂，具体包括以下步骤：

[0072] 将1.5mol浓度为50wt％的HF加入到300mL的圆底烧瓶中，在氮气保护下冷却到‑78℃后，加入0.1mol式(2)所示结构的化合物(购自上海雨木化工有限公司)和0.3mol的SF4，升温至40℃，并在500rpm下搅拌反应20h，反应结束后，加入乙醚终止反应，然后加入0.2mol的NaF在500rpm下搅拌，并在室温下静置处理0.5h，然后分别用水、2M的NaOH溶液洗涤，并采用二氯甲烷萃取分液得到有机相，即为第二表面活性剂I。

[0073] 表征数据：1H NMR(500MHz,Chloroform‑d)δ0.09(s,18H),0.04(s,3H).。

[0074] 具体核磁图谱见图1。

[0075] 实施例1

[0076] 本实施例用于说明本发明所述水成膜泡沫灭火剂组合物按照表1中的配方，并按照如下所述的方法制备水成膜泡沫灭火剂。该方法包括：

[0077] (1)将水加入到50℃的混合罐内，然后加入第二表面活性剂和第一表面活性剂，在800rpm搅拌1h，得到第一混合溶液；

[0078] (2)在50℃下，将所述第一混合溶液与稳泡剂、缓蚀剂、阻燃剂、抗冻剂在800rpm搅拌1h。

[0079] 在没有特别说明的情况下，实施例2‑5采用与实施例1相同的流程进行，不同的是所采用的水成膜泡沫灭火剂配方和工艺参数不同，具体参见表1中。

[0080] 对比例1

[0081] 本对比例按照实施例3的方法制备水成膜泡沫灭火剂，所不同的是，用等质量的氟碳表面活性剂1157替换第二表面活性剂。

[0082] 其余步骤与实施例3均相同。

[0083] 得到水成膜泡沫灭火剂DS1。

[0084] 对比例2

[0085] 本对比例按照实施例3的方法制备水成膜泡沫灭火剂，所不同的是，用等质量的椰油酰胺丙基甜菜碱替换第一表面活性剂。

[0086] 其余步骤与实施例3均相同。

[0087] 得到水成膜泡沫灭火剂DS2。

[0088] 对比例3

[0089] 本对比例按照实施例3的方法制备水成膜泡沫灭火剂，所不同的是，第一表面活性剂的用量为1g，第二表面活性剂的用量为17g。

[0090] 其余步骤与实施例3均相同。

[0091] 得到水成膜泡沫灭火剂DS3。

[0092] 对比例4

[0093] 本对比例按照实施例3的方法制备水成膜泡沫灭火剂，所不同的是，第一表面活性剂的用量为17g，第二表面活性剂的用量为1g。

[0094] 其余步骤与实施例3均相同。

[0095] 得到水成膜泡沫灭火剂DS4。

[0096] 表1

[0097]

[0098]

[0099] 表1(续表)

[0100]

[0101] 测试例

[0102] 将实施例和对比例制备得到的水成膜泡沫灭火剂与水按照质量为6：94进行混合，得到混合液，然后按照国家标准GB 15308‑2006中规定的方法对前述混合液进行检测，具体检测结果见表2。

[0103] 表2

[0104]  表面张力,mN/m 发泡倍数 析液时间,min 灭火时间,min 抗烧时间,min
实施例1 15.8 5.5 2.1 2.5 11
实施例2 16.2 6.0 1.6 1.9 10
实施例3 16.3 5.8 2.2 1.6 13
实施例4 15.7 5.4 1.5 2.8 11
实施例5 16.4 6.0 2.5 3.0 10
对比例1 16.2 4.6 1.2 2.8 8
对比例2 16.8 5.0 1.5 3.0 9
对比例3 15.2 3.5 1.2 4 9
对比例4 19.5 6.8 3.2 2.8 6

[0105] 从表1的结果可以看出，采用本发明提供的组合物能够制备得到灭火性能优异、抗烧能力强且对环境友好的水成膜泡沫灭火剂。

[0106] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。