一种环保可降解型水成膜泡沫灭火剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于灭火剂制备技术领域，具体涉及一种环保可降解型水成膜泡沫灭火剂及其制备方法与应用。
背景技术
传统水成膜泡沫灭火剂中的主要成分——氟碳表面活性剂具有严重的环境问题，C8全氟辛基羧酸盐、磺酸盐类氟碳表面活性剂在环境中极为稳定，难以水解，且不能被生物降解，在食物链中具有生物积累和迁移性。目前，由于环保压力的日益增加，C8类氟碳表面活性剂已逐渐被国内外禁用。作为替代产品，目前国内外主要泡沫灭火剂产品主要采用C6类氟碳表面活性剂，不具有生物累积性，但是其在环境中降解性仍然未知。
申请号为201610198291.9%20的中国专利公开了一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，并具体公开了所述水成膜泡沫灭火剂由碳氟表面活性剂、碳氢表面活性剂、亲水性高聚物、有机溶剂和水等组成；所述碳氟表面活性剂为基于短碳氟链的阴、阳离子氟表面活性剂复配物。阴、阳离子碳氟表面活性剂的摩尔比为5:1-1:5。所述水成膜泡沫灭火剂生产成本低廉、制备方法简单、对环境友好、灭火迅速。
该技术方案中基于短氟碳链的阴离子型、阳离子型氟碳表面活性剂形成了一种新型水成膜泡沫灭火剂，具有较好的环境降解性。氟碳数量在C1~C4之间，其主要的问题在于C-F键端形成的疏水能力相对较差，产品表面张力相对较高，铺展能力相对于传统的氟碳表面活性剂较差。
现有短氟碳链氟碳表面活性剂的水成膜泡沫灭火剂对于油膜的封闭作用相对较低，在燃烧过程中抑蒸性能相对较差，导致灭火效率低，抗烧能力差。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种环保可降解型水成膜泡沫灭火剂及其制备方法与应用，所述制备方法简单，制得的灭火剂能够快速降解，不具有生物累积性，使用过程中对现场消防人员无刺激性，对水体、土壤等无污染，环境友好性较高，表面张力低，能够快速在油膜表面铺展密封，有效抑制油蒸汽挥发，从而达到快速灭火、高效抗烧的效果。
技术方案：一种环保可降解型水成膜泡沫灭火剂，所述环保可降解型水成膜泡沫灭火剂原料按质量分数配比如下：氟碳表面活性剂1~6%、发泡剂10~20%、稳泡剂1~10%、抗烧剂0.1~10%、抗冻剂10~30%、助溶剂3~10%、防腐剂0.1~1.0%、螯合剂0.1~1%和pH调节剂0.1~1%，其余为水；其中氟碳表面活性剂为六氟环氧丙烷三聚体季铵盐和全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐，六氟环氧丙烷三聚体季铵盐在原料中质量百分数为0.5~3%，全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐在原料中质量百分数为0.5~3%。
作为优选，所述发泡剂为烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂醇硫酸酯铵盐和辛癸基硫酸钠中的至少一种。
作为优选，所述稳泡剂为三乙醇胺、十二烷基二甲基氧化胺、椰油酰胺丙基氧化胺和月桂酰胺丙基氧化胺中的至少一种。
作为优选，所述抗烧剂为聚乙二醇、黄原胶、海藻酸钠中的至少一种。
作为优选，所述抗冻剂为乙二醇，所述助溶剂为尿素，所述螯合剂为亚氨基二琥珀酸四钠盐IDS，所述防腐剂为山梨酸钾，所述pH调节剂为柠檬酸。
上述一种环保可降解型水成膜泡沫灭火剂的制备方法，所述制备方法过程如下：在反应釜中加入抗烧剂和水，在高速搅拌下进行预分散溶解，按质量分数配比加入氟碳表面活性剂、发泡剂、稳泡剂、抗冻剂、助溶剂、防腐剂和螯合剂，搅拌1%20h使体系均匀；加入pH调节剂调节pH至6.8~7.5，搅拌均匀后静置得到产品。
上述一种环保可降解型水成膜泡沫灭火剂在熄灭B类油火中的应用。
有益效果：1、本发明所述泡沫灭火剂产品具有较低的表面张力（≤18mN/m），产生的泡沫细腻丰富，能够快速在油膜表面铺展密封，有效抑制油蒸汽挥发，从而达到快速灭火、高效抗烧的效果，能达到灭火性能IA级（灭火时间≤3min，抗烧时间≥10min）。
2、本发明所述泡沫灭火剂应用性强，可以适用于各种消防灭火系统和装置。凝固点最低适应-30℃，适用于不同区域。可以与海水/淡水进行混合，适用于海上和沿海区域。
3、本发明所述泡沫灭火剂具有非常好的生物降解性，能够在环境中自然降解（生物降解性≥95%），不具有生物累积性；所有原料无毒无刺激性（斑马鱼致死率0%），未加入乙二醇丁醚等有机溶剂，不会对环境造成有害影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例中氟碳表面活性剂为六氟环氧丙烷三聚体季铵盐和全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐，购买自福建省三明市海斯福化工。发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）和椰油酰胺丙基甜菜碱，稳泡剂为三乙醇胺和月桂酰胺丙基氧化胺，抗烧剂为聚乙二醇（PEG-8000）和黄原胶，抗冻剂为乙二醇，所述助溶剂为尿素，所述螯合剂为亚氨基二琥珀酸四钠盐，所述防腐剂为山梨酸钾，所述pH调节剂为柠檬酸。
所述环保可降解型水成膜泡沫灭火剂原料按质量分数配比如下：六氟环氧丙烷三聚体季铵盐1%、全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐2%、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9%203%、椰油酰胺丙基甜菜碱5%、三乙醇胺1%、月桂酰胺丙基氧化胺3%、聚乙二醇PEG-8000%205%、黄原胶0.1%、乙二醇10%、尿素5%、亚氨基二琥珀酸四钠盐0.5%、山梨酸钾0.5%和柠檬酸0.5%，其余为水。
环保可降解型水成膜泡沫灭火剂的制备方法过程如下：在反应釜中加入PEG-800050kg、黄原胶1kg和634kg水，在高速搅拌下进行预分散溶解，称取并加入六氟环氧丙烷三聚体季铵盐10kg、全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐20kg、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-930kg、椰油酰胺丙基甜菜碱50kg、三乙醇胺10kg、月桂酰胺丙基氧化胺30kg、乙二醇100kg、尿素50kg、山梨酸钾5kg和亚氨基二琥珀酸四钠盐5kg，搅拌均匀后加入柠檬酸5kg调节pH至6.8~7.5，搅拌均匀后静置得到产品。
实施例2
本实施例中环保可降解型水成膜泡沫灭火剂原料按质量分数配比如下：氟碳表面活性剂1%、发泡剂10%、稳泡剂1%、抗烧剂0.3%、抗冻剂10%、助溶剂3%、防腐剂0.1%、螯合剂0.1%和pH调节剂0.1%，其余为水。
上述环保可降解型水成膜泡沫灭火剂的制备方法，制备过程如下：在反应釜中加入黄原胶2kg、海藻酸钠1kg和744kg水，在高速搅拌下进行预分散溶解，称取并加入六氟环氧丙烷三聚体季铵盐5kg，全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐5kg、烷基糖苷70kg、辛癸基硫酸钠30kg、十二烷基二甲基氧化胺10kg、乙二醇100kg、尿素30kg、山梨酸钾1kg和亚氨基二琥珀酸四钠盐1kg，搅拌均匀后加入柠檬酸1kg调节pH至6.8~7.5，搅拌均匀后静置得到产品。
实施例3
本实施例中环保可降解型水成膜泡沫灭火剂原料按质量分数配比如下：氟碳表面活性剂6%、发泡剂20%、稳泡剂10%、抗烧剂10%、抗冻剂30%、助溶剂10%、防腐剂1%、螯合剂1%和pH调节剂0.7%，其余为水；其中氟碳表面活性剂为六氟环氧丙烷三聚体季铵盐和全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐，六氟环氧丙烷三聚体季铵盐的质量分数为3%，全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐的质量分数为3%。
上述环保可降解型水成膜泡沫灭火剂的制备方法，制备过程如下：在反应釜中加入PEG-20000%20100kg和113kg水，在高速搅拌下进行预分散溶解，按质量分数配比称取六氟环氧丙烷三聚体季铵盐的质量分数为30kg，全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬酸铵盐的质量分数为30kg、椰油酰胺丙基甜菜碱150kg、月桂醇硫酸酯铵盐50kg、椰油酰胺丙基氧化胺100kg、乙二醇300kg、尿素100kg、山梨酸钾10kg和亚氨基二琥珀酸四钠盐10kg，搅拌均匀后加入柠檬酸7kg调节pH至6.8~7.5，搅拌均匀后静置得到产品。
对比例1
在反应釜中加入508%20kg工业软水、黄原胶2%20kg进行预溶解，在机械搅拌条件下依次加入非离子氟碳表面活性剂YM-316%2060%20kg，发泡剂烷基酚聚氧乙烯醚APEO%20150%20kg，碳氢阴离子表面活性剂SDBS%20110%20kg，乙二醇100%20kg，尿素70%20kg。充分搅拌溶解形成均相溶液，静置后得到泡沫液。
对比例2
在反应釜中加入534.9%20kg工业软水、聚乙二醇PEG-10000%2050%20kg进行预溶解，在机械搅拌条件下依次加入两性氟碳表面活性剂FC-1157%2040%20kg，发泡剂烷基糖苷100%20kg，十二烷基甜菜碱%20100%20kg，乙二醇100%20kg，尿素70%20kg，丁基卡必醇50%20kg，乙二胺四乙酸二钠5%20kg，抗菌剂甲基异噻唑啉酮0.1%20kg。充分搅拌溶解形成均相溶液，静置后得到泡沫液。
根据GB%2015308-2006《泡沫灭火剂》分别对实施例、对比例制得的产品进行理化性能测试和标准灭火实验测试。测试结果见下表。
根据本发明实施例中提供的配方，制备的产品能够达到国标最高IA级（强施放灭火时间≤3min，抗烧时间≥10min），能够在油面快速铺展，具有灭火效率高、抗烧能力强的优势。
参照GB/T 21801- 2008《化学品快速生物降解性 呼吸计量法试验》，进行泡沫灭火剂生物降解性实验。将泡沫液受试物加入已接种的无机培养基中作为唯一的有机碳源，在密闭恒温条件下连续搅拌28d，试验过程中释放的CO用氢氧化钾溶液吸收，并通过仪器测定瓶内气压的变化得到耗氧量，即为受试物的生化需氧量(BOD)。泡沫液的生物降解率通过生化需氧量(BOD)与化学需氧量(COD)之比来表征。
根据GB 17835-2008《水系灭火剂》毒性测试方法，试验鱼种选用斑马鱼，体长（30±5）mm，体重（0.3±0.1）g，选自同一驯养池中规格大小一致的幼鱼。试验前该鱼群应在与试验时相同的环境条件下，在连续曝气的水中至少驯养两周。斑马鱼驯养的环境参数见GB/T 13267—1991附录B。试验期间混合液温度保持在(23±2)℃，试验前24h停止喂食，整个试验期间也不喂食。
取12mL泡沫液倒入烧杯内，用标准稀释水稀释至2000mL。将10条健康的斑马鱼放入，在环境温度为(23±2) ℃的条件下养96h，记录鱼的死亡率。受试物的28d生物降解率和致死率结果参见下表。
