基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂。本发明的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。本发明的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。
【专利说明】
基于短碳氟链的水成膜泡沬灭火剂
技术领域
[0001] 本发明涉及一种泡沫灭火剂，具体涉及一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂， 属于消防耗材技术领域。
【背景技术】
[0002] 水成膜泡沫灭火剂(简称AFFF)，以碳氢表面活性剂与碳氟表面活性剂为基料并能 够在某些烃类液体表面形成一层水膜的泡沫灭火剂。由于水成膜泡沫灭火剂的主要成分及 加入的各种添加剂具有无毒无污染等特点，已广泛应用于飞机场、油田、大型化工厂、化工 仓库、油库、船舶、码头等火灾的预防与扑救工作，是国际上重点发展的环保型灭火剂，目前 世界上公认的、性能最佳的油类灭火剂。
[0003] AFFF的灭火原理为:碳氟表面活性剂水溶液在很低浓度即可铺展于油面形成一层 水膜，使油与空气隔绝。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被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"。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）。
[0004] 在AFFF中，氟表面活性剂是最核心的组分，它决定着AFFF的性能和成本。欲使AFFF 大量推广使用，选择和制备性能优异而且价格低廉的氟表面活性剂是关键因素之一。目前 我国用于生产AFFF的碳氟表面活性剂主要是全氟辛基磺酰氟衍生物（通称为PF0S)，但 PF0S类氟表面活性剂已被联合国加入受控名单。因此，研究开发不具备持久性有机染污物 (POPs)特征的氟表面活性剂来替代PF0S类氟表面活性剂是至关重要的。
[0005] PF0S被列为POPs的主要原因之一是其具有长的氟碳链(C8F17_)。研究表明，当碳 氟链长度不大于4个碳时，其对环境的危害就基本上可以忽略了。有研究以全氟丁基 (C 4F9-)为基础合成了可用于AFFF的氟表面活性剂，并做出了相应的AFFF配方。但该配方中 所用的氟表面活性剂浓度高，成本高，不利于大量推广使用；另一方面，虽然所用的氟表面 活性剂属于短碳氟链，但因为用量大，环境排放量也大，仍然会造成环境负担。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种不含PF0S的且成本低廉的基于 短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂(AFFF)，该产品短碳氟链表面活性剂用量少，更加经济环保。
[0007] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了如下的技术方案： 本发明所提供的AFFF包括碳氟表面活性剂，碳氢表面活性剂，亲水性高聚物，有机溶剂 和水;所述的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，其中阴离 子氟表面活性剂具有下述分子式的化合物中的至少一种： F(CF2)nC00M(CnFM)，n =卜3，M = Li+、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CPH2P+i)4+、NH(CPH2 P+i)3+(p =1 -4 )、NH3CH2CH2〇H+、NH2 (CH2CH2OH) 2+、NH( CH2CH2OH) 3+; 阳离子氟表面活性剂结构为具有下述分子式的化合物中的至少一种： F(CF2)4S〇2NH(CH2)mNR1R2R3X(CmFXR 1R2R3)，m = 2-6;妒、1?2、1?3 为 CqH2q+i，q = 1-4，妒、1?2、 R3 可相同或不同；X = Cl-、Br-、I-、OH-、（CH3)S〇4-、N03-。
[0008] 阴、阳离子碳氟表面活性剂摩尔比为5:1-1: 5。
[0009] 根据所述的基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，此类阴、阳离子氟表面活性剂复 配物具有很高的表面活性，其中当阴离子氟表面活性剂中氟碳数为3(全氟丁酸盐C 3FM)，阳 离子氟表面活性剂中氟碳数为^CmFXR1!?2!? 3)，且二者的摩尔比在5:1-1:5之内时，其水溶液 可以在油面上铺展。
[0010] 根据所述的基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，碳氢表面活性剂作用是降低AFFF 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) CiH21+i0S03M，其中 1 = 6-14，M = Li +、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CkH2k+i)4+、NH (CkH2k+i) 3+(k = l-4)^NH3CH2CH2〇H\NH2(CH2CH2〇H)2\NH(CH2CH2〇H)3+； (2) CiH2i+iS03M，其中 1 = 6-14，M = Li+、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CkH2k+i)4+、NH(CkH2k+i)3+ (k =卜 4)、NH3CH2CH2〇H+、NH2(CH2CH2〇H)2'NH(CH2CH2〇H)3+; (3) CiH2i+i_PhS03M，Ph =苯基，1 = 6-14，M = Li+、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CkH2k+i)4+、 NH(CkH2k+i)3 +(k = l-4)、NH3CH2CH2〇H+、NH2(CH2CH2〇H)2+、NH(CH2CH2〇H)3 +; (4) CiH2i+iN+(CH3)2CH2C00-，其中 1 = 6-14; (5) CiH2i+iN+(CH3)2CH2CH2S〇3-，其中 1 = 6-14; (6) CiH2i+1N(CH3)20,其中 1 = 6-14; 根据所述的基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，在灭火剂中加入添加剂可以使其性能 更加良好，添加剂包括:泡沫稳定剂、增稠剂、抗烧剂、助溶剂、有机溶剂、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使 用情况而定。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：8-120:1-5:1-5:1-5:1-5:5-60:20-60:1-5:40-100:1-5:2-5:1-5，其余为 水。
[0011] 根据所述的基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，所述添加剂与所述碳氟表面活性 剂的重量份数比一般为1-5:1。
[0012] 根据所述的基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，所述泡沫稳定剂为黄原胶或海藻 酸钠，作用是增强泡沫的稳定性和粘度，延缓泡沫排液速度;所述增稠剂为黄原胶，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;所述抗烧剂为黄原胶，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;所述助溶剂为乙二 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;所述有机溶剂为正丙醇、 正丁醇或正戊醇中的一种;所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷(ATM)水溶液，作用是维持溶 液的pH值为7;所述金属缓蚀剂为苯并三氮唑，作用是防止设备的腐蚀;所述抗冻剂为乙二 醇，作用是降低凝固点;所述抑菌剂为甲醛，作用是防止轻水泡沫在长期存放过程中腐败变 质;所述螯合剂为乙二胺四乙酸钠(EDTA)，作用是降低硬水的硬度及去除有害离子。
[0013] 生产过程中所用的物质纯度为工业级;所述水为去离子水或工业软水。
[0014] 与现有技术相比，本发明的优点是： 1、原料易得、生产成本低廉，合成方法简单，生产工艺稳定便捷，有利于工业化生产。 [0015] 2、性能优异稳定、灭火效率高、速度快。
[0016] 3、安全性能好、基本无毒无公害、对环境友好、无污染。
【具体实施方式】
[0017]实施例i冰成膜泡沫灭火剂浓缩液的制备（1吨6%型） 反应釜中加入50 kg C3ra和50 kg C3FOH(CH3)3,之后加入650 kg工业软水并充分搅拌 预溶;搅拌下，分别向反应釜中添加2 kg C12H25N+(CH3)2CH2COO-、2 kg C12H25N(CH3)2〇、50 kg 乙二醇单丁醚、50 kg乙二醇、4 kg海藻酸钠、2 kg黄原胶、30 kg正丁醇、1 kg苯并三氮 唑、2 kg甲醛水溶液、1 kg EDTA、1 kg三轻甲基氨基甲烧水溶液;待搅拌混匀后，用氨水或 醋酸调节溶液pH值为7,然后补加工业软水至总重量为1吨，搅拌均匀即得到产品。
[0018] 实施例2:水成膜泡沫灭火剂浓缩液的制备（1吨6 %型） 反应釜中加入60 kg C3FH，40 kg C3FOH(CH3)3,之后加入650 kg工业软水并充分搅拌 预溶;搅拌条件下，分别向反应釜添加2 kg C12H25N+(CH3)2CH2COO-、2 kg C12H25N(CH3)20、50 kg乙二醇单丁醚、50 kg乙二醇、4 kg海藻酸钠、2 kg黄原胶、30 kg正丁醇、1 kg苯并三 氮唑、2 kg甲醛水溶液、1 kg EDTA、1 kg三轻甲基氨基甲烧水溶液;待搅拌混匀后，用氨水 或醋酸调节溶液pH值为7,然后补加工业软水至总重量为1吨，搅拌均匀即可得到产品。
[0019] 实施例3、7K成膜泡沫灭火剂浓缩液的制备（1吨6 %型） 反应釜中加入70 kg C3FH，30 kg C3FOH(CH3)3,之后650 kg工业软水并充分搅拌预溶； 搅拌的条件下，分别向反应釜中添加2 kg C12H25N+(CH3)2CH2⑶0-、2 kg C12H25N(CH3)20、50 kg乙二醇单丁醚、50 kg乙二醇、4 kg海藻酸钠、2 kg黄原胶、30 kg正丁醇、1 kg苯并三 氮唑、2 kg甲醛水溶液、1 kg EDTA、1 kg三轻甲基氨基甲烧水溶液;待搅拌混匀后，用氨水 或醋酸调节溶液pH值为7,然后补加工业软水至总重量为1吨，搅拌均匀即可得到产品。
[0020] 实施例4:本发明灭火剂在油面的铺展性能及对油面的密封性能 将实施例1-3中的AFFF浓缩液与淡水按6:94 (重量比）混合，得到AFFF预混液。测定本发 明灭火剂在油面的铺展性能及对油面的密封性能： 1、在直径为14.5 cm的表面皿中盛放100 mL 92#车用汽油，用注射器(针头直径已准确 测定)将AFFF预混液(无泡沫)滴加到油表面，观察铺展情况。记录从液滴与油表面接触至变 成液膜的时间。以铺展时间小于〇.5 s作为迅速铺展的标准。
[0021] 2、在直径4 cm的烧杯中盛放30 mL 92#车用汽油，用注射器将O.lmL AFFF预混液 滴加到油表面，在离油面1 cm高度处过明火，观察油是否被点燃。
[0022] 结果示于表1。
[0023]实施例5:本发明灭火剂的灭火性能 将实施例1中的AFFF浓缩液于2014年6月初送样(60 kg)至"国家固定灭火系统和耐火 构件质量监督检验中心"进行委托检验（按GB 15308-2006进行）。于2015年8月底得到灭火 试验鉴定报告。检验结果:灭火性能达到IA级（国家标准要求的最高级别）。
[0024] 1、灭火速度快，强施放灭火时间2 min(国家标准GB 15306-2006规定<3 min); 2、性能稳定，不受冻结融化影响。
[0025]上述实施例1-3的AFFF预混液在92#车用汽油表面的铺展及对油面的密封性能见 表1:
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所 做的等同变化，均落入本案的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于:包括氟碳表面活性剂，碳氢表 面活性剂，亲水性高聚物，有机溶剂和水;所述氟碳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，其中阴离子氟表面活性剂具有下述分子式的化合物中的至少一 种： F(CF2)nCOOM(CnFM)，n = 1-3，M = Li+、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CPH2P+i)4+、NH(CPH2P+i)3 +(p =1 -4 )、NH3CH2CH2〇H+、NH2 (CH2CH2OH) 2+、NH( CH2CH2OH) 3+; 阳离子氟表面活性剂结构为具有下述分子式的化合物中的至少一种： F(CF2)4S〇2NH(CH2)mNR1R2R3X(CmFXR 1R2R3)，m = 2-6;R1、R2、R3*CqH2q+i，q = l-4，R1、R2、R3 相同或不同；X = Cl-、Br-、Γ、ΟΗ-、（CH3)S〇4-、N〇3-。2. 根据权利要求1所述的一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于:组成碳 氟表面活性剂的阴、阳离子氟表面活性剂的摩尔比为5:1至1:5(C nFM: CmFXR1!?2!?3)。3. 根据权利要求1、2所述的一种基于短碳氟链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) CiH21+i0S03M，其中 1 = 6-14，M = Li +、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CkH2k+i)4+、NH (CkH2k+i) 3+(k = l-4)^NH3CH2CH2〇H\NH2(CH2CH2〇H)2\NH(CH2CH2〇H)3+； (2) CiH2i+iS03M，其中 1 = 6-14，M = Li+、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CkH2k+i)4+、NH(CkH2k+i)3+ (k =卜 4)、NH3CH2CH2〇H+、NH2(CH2CH2〇H)2'NH(CH2CH2〇H)3+; (3) CiH2i+i-PhS03M，Ph =苯基，1 = 6-14，M = Li+、Na+、K+、Cs+、H+、NH4 +、N(CkH2k+i)4+、NH (CkH2k+i) 3+(k = l-4)^NH3CH2CH2〇H\NH2(CH2CH2〇H)2\NH(CH2CH2〇H)3+； (4) CiH2i+iN+(CH3)2CH2C00-，其中 1 = 6-14; (5) CiH2i+iN+(CH3)2CH2CH2S〇3-，其中 1 = 6-14; (6) CiH2i+iN(CH3)2〇,其中 1 = 6-14。4. 根据权利要求1或2或3所述的一种基于短碳氟链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、有机溶剂、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。5. 根据权利要求4所述的一种基于短碳氟链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1-5:1。6. 根据权利要求4所述的一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于:所述泡 沫稳定剂为黄原胶或海藻酸钠;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、尿素中的至少一种;所述有机溶剂为正丙醇、 正丁醇或正戊醇中的一种;所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷水溶液;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。7. 根据权利要求6所述的一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于：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:8-120: 1-5:1-5:1-5:1-5:5-60:20-60:1-5:40-100:1-5:2-5:1-5，其余为水。8. 根据权利要求1所述的一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于：阴、阳 离子碳氟表面活性剂复配中，当阴离子氟表面活性剂中氟碳数为3(C 3FM)，阳离子氟表面活 性剂中氟碳数为4 (CmFXRfR3)，且二者的摩尔比在5:1 -1:5之间时，其水溶液可以在油面上 铺展。9.根据权利要求1所述的一种基于短碳氟链的水成膜泡沫灭火剂，其特征在于:其制备 方法包括以下步骤： 1) 在反应釜中加ACnFM和CmFXR1!?2!?3,之后加入工业软水并充分搅拌预溶； 2) 搅拌的条件下，分别向反应釜中添加碳氢表面活性剂、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； 3) 待搅拌混匀后，用氨水或醋酸调节溶液pH值为7,然后补加工业软水至总重量为1吨， 搅拌均匀即得到产品。
【文档编号】A62D1/02GK105854216SQ201610198291
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】贺元骅, 陈现涛, 伍毅, 肖进新, 刑航, 贾旭宏, 贾井运, 孙强
【申请人】中国民用航空飞行学院, 北京氟乐邦表面活性剂技术研究所