适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂及其制备方法
阅读说明：本技术 适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂及其制备方法 (Nonionic fluorocarbon surfactant suitable for fire extinguishing agent and preparation method thereof ) 是由 俞曙 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂,其特征在于,该氟碳表面活性剂具有一头带氟碳链、另一头带碳氢链、中间为聚氧乙烯链结构的非离子型氟表面活性剂,其结构式为：Rf-(CH2CH2O)n-R,其中,Rf为六氟环氧丙烷三聚体或四聚体、四氟乙烯三聚体或四聚体、六氟丙烯的二聚体或三聚体,R为C8～C18烷基、C8～C16烷基苯磺基,n＝15～35。本发明提供一种适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂,可以提升灭火剂的覆盖抑制性能,当泡沫喷射至油面上时,在油界面处形成致密的多相复合膜,能够有效阻止易燃液体及油品的挥发,防止火灾再次复燃。(The invention discloses a non-ionic fluorocarbon surfactant suitable for a fire extinguishing agent, which is characterized in that the fluorocarbon surfactant is provided with a non-ionic fluorocarbon surfactant with a fluorocarbon chain at one end and a hydrocarbon chain at the other end and a polyoxyethylene chain structure in the middle, and the structural formula of the surfactant is as follows: rf- (CH2CH2O) n-R, wherein Rf is hexafluoropropylene oxide trimer or tetramer, tetrafluoroethylene trimer or tetramer, hexafluoropropylene dimer or trimer, R is C8-C18 alkyl, C8-C16 alkyl benzene base, and n is 15-35. The invention provides a nonionic fluorocarbon surfactant suitable for a fire extinguishing agent, which can improve the coverage inhibition performance of the fire extinguishing agent, and when foam is sprayed to the oil surface, a compact multiphase composite film is formed at the oil interface, so that the volatilization of flammable liquid and oil can be effectively prevented, and the re-combustion of fire is prevented.)
技术领域
本发明涉及灭火技术领域，具体涉及一种适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国经济建设的快速发展和综合实力的增强，石油化工行业有了长足发展。石油、化工产品的储罐容积越建越大，也越来越多。如此大规模的罐体、罐区容量，加上多数储罐集中存放，发生火灾危险性几率就会增加，若发生此类火灾，扑救难度大、易发生复燃和次生灾害，造成严重的经济损失及人员伤亡。
油品的应用也较为广泛，汽车行业的发展给运输和出行带来了物资多样化和方便快捷。但也带来火灾发生的危险性，如多起的汽车火灾事故，造成了人员伤亡和财产损失。
油品挥发和局部高浓度油蒸汽是油类火灾发生复燃的主要原因，大到原油储罐，小到汽车的供油系统，如何抑制油品挥发，对于预防油类火灾具有重要意义。因此，在储罐火灾明火扑灭后，还需要进行有效的泡沫覆盖。若泡沫覆盖保护不力导致着火储罐复燃，则前功尽弃。然而，常用的消防泡沫是以灭火为目的，其析液速度快，易消泡，抑制油品挥发性能差，极易发生复燃现象。
发明专利CN201610129840.7公开了一种短碳氟链(碳4)两性-非离子氟表面活性剂复配体系的制备方法及其在水成膜泡沫灭火剂中的应用，以该两性-非离子氟表面活性剂复配体系为基础构建的水成膜泡沫灭火剂，灭火性能优良。
CN201810128789.7公开了一种耐寒型抗溶性水成膜泡沫灭火剂，主要用于醇类溶剂火灾的预防与扑救，可在低温环境温度下正常使用，不含PFOA/PFOS，产品降解性能好，降解快而安全，不会对环境造成污染。
以上所述专利灭火性能良好，但其中的氟碳表面活性剂只能作为灭火剂中的成膜剂使用，不能很好的抑制热油的挥发，易引起复燃而存在缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：一种适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂，可以提升灭火剂的覆盖抑制性能，当泡沫喷射至油面上时，在油界面处形成致密的多相复合膜，能够有效阻止易燃液体及油品的挥发，防止火灾再次复燃。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂，其特征在于，该氟碳表面活性剂具有一头带氟碳链、另一头带碳氢链、中间为聚氧乙烯链结构的非离子型氟表面活性剂，其结构式为：
Rf-(CH2CH2O)n-R，
其中，Rf为六氟环氧丙烷三聚体或四聚体、四氟乙烯三聚体或四聚体、六氟丙烯的二聚体或三聚体，R为C8～C18烷基、C8～C16烷基苯磺基，n＝15～35。
本发明解决上述问题所采用的另一种技术方案为：一种根据权上述的适用于灭火剂的非离子氟碳表面活性剂的制备方法，
a、在干燥的反应釜中加入醚类溶剂、长链烷醇聚氧乙烯醚、缚酸剂，开启搅拌使之混合均匀；
b、慢慢滴加氟碳单体，控制滴加速度使反应瓶内的温度保持在一定温度范围内；待氟碳单体滴加完后，加热至微沸，继续搅拌5～12h，加入无水硫酸钠等除水剂，停止搅拌，放置过夜，过滤；
c、将滤液中醚蒸出，称重。根据氟碳表面活性剂的质量，加定量的乙醇、异丙醇或乙二醇丁醚水溶液，得质量分数为27～30％的氟碳表面活性剂。
优选的，所述氟碳单体、长链烷醇聚氧乙烯醚、缚酸剂三者的摩尔比为 1:1.05～1.2:1.05～1.1。
优选的，醚类溶剂的量为长链烷醇聚氧乙烯醚完全溶解为准。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将该氟碳表面活性剂加至泡沫灭火剂中，可以提高灭火剂的覆盖抑制性能，其分子结构具有既亲水亲油性，又有疏水疏油的双亲特性，在泡沫喷射至油面上时，根据相似相容原理，该氟碳表面活性剂带碳氢链一头进入油层，带聚氧乙烯链的中间段进入水层，而因氟碳链疏水疏油横在油水界面上，从而在油水界面处形成致密的膜，能够有效阻止易燃液体及油品的挥发。不但可迅速扑灭火灾，而且对火灾后的易燃残留物进行覆盖，有效阻止油气等易燃液体的挥发，大大降低了火灾复燃的危险性，与其它类型的氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂、稳泡剂、助溶剂、降凝剂、防腐剂等进行复配，可得高效抑蒸性能的灭火剂。不仅可以快速扑救A、B、E和F类火灾，还用于火灾现场的泡沫覆盖，有效抑制油品的挥发。该灭火剂不仅可扑灭和覆盖液体火灾，同时能快速有效的扑灭汽车类等固液、电气火灾，使汽车自然及燃烧事故得到有效控制，大大减低人员及财产损失。
具体实施方式
结合实施例进一步说明本发明专利。
实施例1：
在装有回流带干燥管的冷凝管、温度计以及滴液漏斗的500mL三颈烧瓶中加入四氢呋喃 100mL、十二烷醇聚氧乙烯醚-25 135.0g(0.105mol)和三乙胺10.6g(0.105mol)，开启搅拌器使之混合均匀；从滴液漏斗里慢慢滴加四氟乙烯四聚体40.0g(0.10mol)，控制滴加速度使反应瓶内的温度保持在60℃以下；四氟乙烯四聚体滴加完后，加热至微沸(约66℃)，继续搅拌6h，加入无水硫酸钠约20g，停止搅拌，放置过夜，将溶液过滤至1L三颈烧瓶中。
将1L三颈烧瓶装上蒸馏头、冷凝管、温度计，进行蒸馏，将四氢呋喃蒸出。加450g质量分数25％的乙二醇丁醚溶液，得质量分数为27～30％的氟碳表面活性剂。经性能检测，当质量百分数为1.0％时，其表面张力为20.2mN/m；质量百分数为0.5％时为21.7mN/m；质量百分数为0.1％时为24.3mN/m。
将质量分数5％的该氟碳表面活性剂加至3％型水成膜泡沫灭火剂中，混合均匀。按 GB15308-2006标准检测，灭火时间为2.2min。灭火结束后，将火把每隔15min在油盘上方移动，在90min时，油盘才开始着火。
实施例2：
在装有回流带干燥管的冷凝管、温度计以及滴液漏斗的500mL三颈烧瓶中加入四氢呋喃 100mL、十二烷醇聚氧乙烯醚-35 189.9g(0.110mol)和三乙胺10.6g(0.105mol)，开启搅拌器使之混合均匀；从滴液漏斗里慢慢滴加六氟环氧丙烷四聚体66.4g(0.10mol)，控制滴加速度使反应瓶内的温度保持在60℃以下；六氟环氧丙烷四聚体滴加完后，加热至微沸(约66℃)，继续搅拌8h，加入无水硫酸钠约25g，停止搅拌，放置过夜，将溶液过滤至1L三颈烧瓶中。
将1L三颈烧瓶装上蒸馏头、冷凝管、温度计，进行蒸馏，将四氢呋喃蒸出。加510g质量分数10％的乙二醇丁醚溶液，得质量分数为27～30％的氟碳表面活性剂。经性能检测，当质量百分数为1.0％时，其表面张力为18.8mN/m；质量百分数为0.5％时为19.3mN/m；质量百分数为0.1％时为22.5mN/m。同时，该氟碳表面活性剂具有非常好的水溶性。
将质量分数2％的该氟碳表面活性剂加至6％型水成膜泡沫灭火剂中，混合均匀。按 GB15308-2006标准检测，灭火时间为1.8min。灭火结束后，将火把每隔15min在油盘上方移动，在120min时，油盘才开始着火，抑蒸效果非常明显。
实施例3：
在装有回流带干燥管的冷凝管、温度计以及滴液漏斗的500mL三颈烧瓶中加入异丙醚100mL、十二烷醇聚氧乙烯醚-25 154.3g(0.12mol)和三乙胺10.6g(0.105mol)，开启搅拌器使之混合均匀；从滴液漏斗里慢慢滴加六氟丙烯三聚体45.0g(0.10mol)，控制滴加速度使反应瓶内的温度保持在60℃以下；六氟丙烯三聚体滴加完后，加热至微沸(约69℃)，继续搅拌10h，加入无水硫酸钠约20g，停止搅拌，放置过夜，将溶液过滤至1L三颈烧瓶中。
将1L三颈烧瓶装上蒸馏头、冷凝管、温度计，进行蒸馏，将四氢呋喃蒸出。加450g质量分数40％的乙二醇丁醚溶液，得质量分数为27～30％的氟碳表面活性剂。经性能检测，当质量百分数为1.0％时，其表面张力为19.8mN/m；质量百分数为0.5％时为20.4mN/m；质量百分数为0.1％时为25.1mN/m。该氟碳表面活性剂微溶于水，易溶于乙醇、丙酮，须加一定量的有机溶剂。
将质量分数3％的该氟碳表面活性剂加至3％型水成膜泡沫灭火剂中，混合均匀。按 GB15308-2006标准检测，灭火时间为2.7min。灭火结束后，将火把每隔15min在油盘上方移动，在75min时油盘才开始着火。
实施例4：
在装有回流带干燥管的冷凝管、温度计以及滴液漏斗的500mL三颈烧瓶中加入异丙醚 100mL、棕榈醇聚氧乙烯醚-35 144.6g(0.11mol)和氢氧化钠4.4g(0.105mol)，开启搅拌器使之混合均匀；从滴液漏斗里慢慢滴加六氟环氧丙烷三聚体66.4g(0.10mol)，控制滴加速度使反应瓶内的温度保持在60℃以下；六氟环氧丙烷三聚体滴加完后，加热至微沸(约69℃)，继续搅拌8h，加入无水硫酸钠约30g，停止搅拌，放置过夜，将溶液过滤至1L三颈烧瓶中。
将1L三颈烧瓶装上蒸馏头、冷凝管、温度计，进行蒸馏，将四氢呋喃蒸出。加510g质量分数10％的乙二醇丁醚溶液，得质量分数为27～30％的氟碳表面活性剂。当质量百分数为 1.0％时，其表面张力为19.0mN/m；质量百分数为0.5％时为19.9mN/m；质量百分数为0.1％时为21.8mN/m。同时，该氟碳表面活性剂具有非常好的水溶性。
将质量分数4％的该氟碳表面活性剂加至3％型水成膜泡沫灭火剂中，混合均匀。按 GB15308-2006标准检测，灭火时间为2.3min。灭火结束会，将火把每隔15min在油盘上方移动，在135min时，油盘才开始着火，抑蒸效果非常好。
其中，非离子氟碳表面活性剂的质量分数与表面张力汇总如下：
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。