专利名称：一种水成膜泡沫灭火剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及灭火剂，特别是涉及一种水成膜泡沫灭火剂。
背景技术：
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”中做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。
水成膜泡沫灭火剂的原理基于很低浓度的氟表面活性剂水溶液可在油面上的铺展。碳氟表面活性剂是普通表面活性剂(碳氢表面活性剂)分子碳氢链中的氢原子部分或全部用氟原子取代形成的一类特种表面活性剂，是目前所有表面活性剂中表面活性最高的一类，其最突出的性质之一是它能把水的表面张力降到很低，以致水溶液可在油面上铺展形成一层水膜。这种能够在油面上铺展形成的水膜的碳氟表面活性剂水溶液俗称“轻水”。若将“轻水”制成泡沫，即为水成膜泡沫灭火剂(或称“轻水”泡沫灭火剂)。
水成膜泡沫灭火剂的灭火作用是由漂浮于油面上的水膜层和泡沫层共同承担的。当把轻水泡沫喷射到燃油表面时，泡沫迅速在油面上散开，并析出液体冷却油面。析出的液体同时在油面上铺展形成一层水膜，与泡沫层共同抑制燃油蒸发。这不仅使油与空气隔绝，而且泡沫受热蒸发产生的水蒸汽还可以降低油面上氧的浓度。水溶液的铺展作用又可带动泡沫迅速流向尚未灭火的区域进行灭火。
水成膜泡沫灭火剂难以推广的主要原因是氟表面活性剂合成困难，价格昂贵。而碳氟表面活性剂是其制约的瓶颈(碳氟表面活性剂占水成膜泡沫灭火剂总成本的80-85％以上)。欲使水成膜泡沫灭火剂大量推广使用，选择和制备性能优异而且价格低廉的碳氟表面活性剂是关键因素之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉的水成膜泡沫灭火剂。
本发明所提供的水成膜泡沫灭火剂(AFFF)包括碳氟表面活性剂，碳氢表面活性剂和水；所述碳氟表面活性剂为具有下述分子式的化合物中的至少一种(1)[CF3-(CF2)n-1-SO3]NH(CmH2m+1)3，其中n＝6-10，m＝1-4；
(2)[CnF2n+1SO3NH(CmH2m+1)3]a·[CpH2p+1N(CqH2q+1)3X]b，其中a＝1-50，b＝1-50，n＝6-10，m＝1-4，p＝6-12，q＝0-4，X＝Cl，Br。
碳氢表面活性剂作用是降低轻水泡沫水溶液与油之间的界面张力，增加其与油之间的亲和力，从而有助于水膜的形成和扩散，同时又可起到增强“轻水”起泡性能的作用。所述碳氢表面活性剂可以选自具有下述分子式的化合物中的任意一种(1)CnH2n+1OSO3M，其中n＝6-12，M＝Na、K、Li、NH4、N(CH3)4、N(C2H5)4、N(C3H7)4、N(C4H9)4、NH(CH3)3、NH(C2H5)3、NH(C3H7)3、NH(C4H9)3、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或(CH2CH2OH)3；(2)CnH2n+1SO3M，其中n＝6-12，M＝Na、K、Li、NH4、N(CH3)4、N(C2H5)4、N(C3H7)4、N(C4H9)4、NH(CH3)3、NH(C2H5)3、NH(C3H7)3、NH(C4H9)3、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或NH(CH2CH2OH)3；(3)CnH2n+1-PhSO3M，Ph＝苯基，n＝6-12，M＝Na、K、Li、NH4、N(CH3)4、N(C2H5)4、N(C3H7)4、N(C4H9)4、NH(CH3)3、NH(C2H5)3、NH(C3H7)3，NH(C4H9)3、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或NH(CH2CH2OH)3。
水成膜泡沫灭火剂中碳氟表面活性剂、碳氢表面活性剂和水的摩尔比为碳氟表面活性剂∶碳氢表面活性剂∶水＝1∶0.1-1∶1000-1600。
为了使灭火剂的性能更好，在灭火剂中还可以加入添加剂，添加剂包括有泡沫稳定剂、增稠剂、抗烧剂、助溶剂、缓冲溶液、金属缓蚀剂、抗冻剂、抑菌剂、螯合剂中的一种或几种，具体的加入种类可以根据灭火剂的实际应用场所而定。1吨6％型水成膜泡沫灭火剂中碳氟表面活性剂、碳氢表面活性剂、泡沫稳定剂、增稠剂、抗烧剂、助溶剂、有机溶剂、缓冲溶液、抗冻剂、金属缓蚀剂、抑菌剂和螯合剂的重量份数比为8-25∶1-3∶1-5∶1-5∶1-5∶5-35∶100-250∶1-5∶40-100∶1-5∶2-5∶1-5，其余为水。
所述添加剂与所述碳氟表面活性剂的重量份数比一般为5-15∶1。
所述泡沫稳定剂一般选用海藻酸钠或黄原胶，作用是增强泡沫的稳定性和粘度，延缓泡沫排液速度；所述增稠剂一般选用黄原胶，作用是增强泡沫粘度，降低泡沫排液速度，同时又可增强泡沫的稳定性；所述抗烧剂一般选用黄原胶，作用是增强轻水泡沫及水膜对油面的密封性能，从而增强其抗复燃能力；所述助溶剂一般选用乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、尿素中的至少一种，作用是在配制浓缩液时，增强碳氟表面活性剂和高分子物质的水溶性，同时还可起到增泡作用；所述缓冲溶液一般选用三羟甲基氨基甲烷(ATM)，作用是维持溶液的pH值为7；所述金属缓蚀剂一般选用苯并三氮唑，作用是防止设备的腐蚀；所述抗冻剂一般选用乙二醇，作用是降低凝固点；所述抑菌剂一般选用甲醛，作用是防止轻水泡沫在长期存放过程中腐败变质；所述螯合剂一般选用乙二胺四乙酸钠(EDTA)，作用是降低硬水的硬度及去除有害离子。
生产过程中所用的卤代烷、叔胺、全氟烷基磺酰氟的纯度为工业级即可；所述水为去离子水或工业软水。
本发明的灭火剂可以采用常规方法生产，将几种组分进行混合配制即可，其中，分子式为[CF3-(CF2)n-1-SO3]NH(CmH2m+1)3，其中n＝6-10，m＝1-4的碳氟表面活性剂，其制备方法是向叔胺的水溶液中添加全氟烷基磺酰氟，反应得到产品；所述全氟烷基磺酰氟、叔胺及水的摩尔比为1∶2-6∶1-80；分子式为[CnF2n+1SO3NH(CmH2m+1)3]a·[CpH2p+1N(CqH2q+1)3X]b，其中a＝1-50，b＝1-50，n＝6-10，m＝1-4，p＝6-12，q＝0-4，X＝Cl，Br的碳氟-碳氢复配型表面活性剂，其制备方法包括以下步骤1)在容器中加入卤代烷、叔胺和溶剂，加热回流；2)向其中添加水和全氟烷基磺酰氟，反应得到产品。所述溶剂为以下工业溶剂中的至少一种乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇和乙二醇。所述全氟烷基磺酰氟、卤代烷、叔胺、溶剂及水的摩尔比为1∶0.1-2∶2-8∶1-80∶1-80。
本发明的优点为1、原料易得、成本低碳氟表面活性剂是本发明灭火剂最重要的成分，其作用是降低水的表面张力，使水溶液可以在油面上铺展，该碳氟表面活性剂采用本发明发明人发明的方法合成，生产成本低，又利于工业化生产的实现。
2、性能稳定、灭火速度快本灭火剂已经国家消防质量检测中心检测，达到了国家标准灭火级别的IA级(国家标准的最高级)，且多项重要指标均超过了国家标准技术指标；3、本灭火剂可直接与普通灭火设备配套使用，既可用于大型灭火设备，也可将其直接装入通用低倍数泡沫灭火器中使用。此外，本AFFF的浓缩液还可用于水喷淋、泡沫喷淋和固定式泡沫系统等消防工程领域。
4、基本无毒害、无污染生产过程中无废气、废水的排放，对环境基本无危害。且由于本AFFF绝大部分成分为水，碳氟表面活性剂的含量很小，因而使用过程中也不会对环境造成污染；本发明的AFFF按GB 17427-1998“国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心”的标准鉴定，灭火性能达到IA级，特别适用于扑灭各种油类(特别是轻油类)火灾，且该灭火剂自封能力强，抗复燃性能好，灭火迅速，不易腐败变质，适用于普通泡沫灭火器，广泛适用于机场，油库，船舶，仓库，加油站，石化企业及家庭等，具有较高的实际应用价值和广阔的市场前景。
具体实施例方式
实施例1、水成膜泡沫灭火剂浓缩液的制备(1吨6％型)1)在容器中加入15Kg叔胺和30Kg水；2)向其中滴加20Kg全氟烷基磺酰氟，同时不断搅拌反应液；3)向其中添加700Kg水，110Kg乙二醇单丁醚，110Kg乙二醇，4Kg海藻酸钠，2Kg黄原胶，3Kg乙二胺四乙酸钠，3Kg柠檬酸和3Kg甲醛，搅拌使其混匀即可得到产品。
实施例2、水成膜泡沫灭火剂浓缩液的制备(1吨6％型)1)将1Kg溴代烷、8.6Kg叔胺和10Kg乙二醇单丁醚混合后加热回流；2)加入20Kg水后滴加13.36Kg全氟烷基磺酰氟，同时不断搅拌；3)向其中添加785Kg水，42Kg乙二醇单丁醚，50Kg乙二醇，30Kg正丁醇，1.7Kg K12，31Kg尿素，3Kg黄原胶，0.25Kg苯并三氮唑，2.5Kg三乙醇胺，2Kg甲醛，搅拌使其混匀即可得到产品。
实施例3、本发明灭火剂的理化性质及性能指标1)加速老化试验分别将本发明实施例1及实施例2的水成膜泡沫灭火剂100℃加热72小时(国家标准为65℃存放72小时)后，冷却至25℃，测定其各项性能指标；再将水成膜泡沫灭火剂-10℃冷冻72小时后，置于25℃放置72小时，再次测定其各项性能指标。结果分别如表1、表2所示，表明经上述加速老化试验后的水成膜泡沫灭火剂的轻水泡沫性能基本保持不变。
表1 实施例1水成膜泡沫灭火剂的物理化学性能指标
表2 实施例2水成膜泡沫灭火剂的物理化学性能指标
2)存放稳定性试验分别将本发明实施例1及实施例2的水成膜泡沫灭火剂存放3年后测定其各项性能指标，结果表明该水成膜泡沫灭火剂的各项性能基本保持不变，具有优异的稳定性，可长期存放。
3)抗硬水试验将本发明实施例1及实施例2的水成膜泡沫灭火剂的浓缩液分别用去离子水、自来水、黄浦江水和普通硬水(硬度为5000mg/L)四种不同硬度的水进行稀释(6％型的浓缩液稀释16.67倍)后，测量其物化性能指标。结果表明用不同硬度的水稀释获得的水成膜泡沫灭火剂的性能基本保持不变，证明其性能不受除海水以外的其他水质的限制。
权利要求
1.一种水成膜泡沫灭火剂，它包括碳氟表面活性剂，碳氢表面活性剂和水；所述碳氟表面活性剂为具有下述分子式的化合物中的至少一种(1)[CF3-(CF2)n-1-SO3]NH(CmH2m+1)3，其中n＝6-10，m＝1-4；(2)[CnF2n+1SO3NH(CmH2m+1)3]a·[CpH2p+1N(CpH2q+1)3X]b，其中a＝1-50，b＝1-50，n＝6-10，m＝1-4，p＝6-12，q＝0-4，X＝Cl，Br。
2.根据权利要求1所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述碳氢表面活性剂为具有下述分子式的化合物中的任意一种(1)CnH2n+1OSO3M，其中n＝6-12，M＝Na、K、Li、NH4、N(CH3)4、N(C2H5)4、N(C3H7)4、N(C4H9)4、NH(CH3)3、NH(C2H5)3、NH(C3H7)3、NH(C4H9)3、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或NH(CH2CH2OH)3；(2)CnH2n+1SO3M，其中n＝6-12，M＝Na、K、Li、NH4、N(CH3)4、N(C2H5)4、N(C3H7)4、N(C4H9)4、NH(CH3)3、NH(C2H5)3、NH(C3H7)3、NH(C4H9)3、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或NH(CH2CH2OH)3；(3)CnH2n+1-PhSO3M，Ph＝苯基，n＝6-12，M＝Na、K、Li、NH4、N(CH3)4、N(C2H5)4、N(C3H7)4、N(C4H9)4、NH(CH3)3、NH(C2H5)3、NH(C3H7)3，NH(C4H9)3、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2或NH(CH2CH2OH)3。
3.根据权利要求1或2所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述水成膜泡沫灭火剂中碳氟表面活性剂、碳氢表面活性剂和水的摩尔比为碳氟表面活性剂∶碳氢表面活性剂∶水＝1∶0.1-1∶1000-1600。
4.根据权利要求1或2或3所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述水成膜泡沫灭火剂中还包括添加剂，所述添加剂为泡沫稳定剂，增稠剂，抗烧剂，助溶剂，缓冲溶液，金属缓蚀剂，抗冻剂，抑菌剂和螯合剂中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述添加剂与所述碳氟表面活性剂的重量份数比为5-15∶1。
6.根据权利要求5所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述泡沫稳定剂为海藻酸钠或黄原胶；所述增稠剂为黄原胶；所述抗烧剂为黄原胶；所述助溶剂为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、尿素中的至少一种；所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷；所述金属缓蚀剂为苯并三氮唑；所述抗冻剂为乙二醇；所述抑菌剂为甲醛；所述螯合剂为乙二胺四乙酸钠、乙二胺四乙酸和柠檬酸钠中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述1吨6％型水成膜泡沫灭火剂中碳氟表面活性剂、碳氢表面活性剂、泡沫稳定剂、增稠剂、抗烧剂、助溶剂、有机溶剂、缓冲溶液、抗冻剂、金属缓蚀剂、抑菌剂和螯合剂的重量份数比为8-25∶1-3∶1-5∶1-5∶1-5∶5-35∶100-250∶1-5∶40-100∶1-5∶2-5∶1-5，其余为水。
8.根据权利要求1所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述分子式为[CF3-(CF2)n-1-SO3]NH(CmH2m+1)3，其中n＝6-10，m＝1-4的碳氟表面活性剂，其制备方法是向叔胺的水溶液中添加全氟烷基磺酰氟，反应得到产品；所述全氟烷基磺酰氟、叔胺及水的摩尔比为1∶2-6∶1-80。
9.根据权利要求1所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述分子式为[CnF2n+1SO3NH(CmH2m+1)3]a·[CpH2p+1N(CqH2q+1)3X]b，其中a＝1-50，b＝1-50，n＝6-10，m＝1-4，p＝6-12，q＝0-4，X＝Cl，Br的碳氟表面活性剂，其制备方法包括以下步骤1)在容器中加入卤代烷、叔胺和溶剂，加热回流；2)向其中添加水和全氟烷基磺酰氟，反应得到产品。
10.根据权利要求9所述的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于所述溶剂为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇中的至少一种；所述全氟烷基磺酰氟、卤代烷、叔胺、溶剂及水的摩尔比为1∶0.1-2∶2-8∶1-80∶1-80。
全文摘要
本发明公开了一种水成膜泡沫灭火剂。本发明的水成膜泡沫灭火剂包括碳氟表面活性剂，碳氢表面活性剂和水；所述碳氟表面活性剂为具有下述分子式的化合物中的至少一种(1)[CF
文档编号A62D1/00GK1759905SQ200410083658
公开日2006年4月19日 申请日期2004年10月15日 优先权日2004年10月15日
发明者肖进新 申请人:北京大学