一种三元体系泡沫灭火剂
阅读说明：本技术 一种三元体系泡沫灭火剂 (Ternary system foam extinguishing agent ) 是由 贾海林 陈南 李振峰 程龙 刘宝敏 郭明生 潘荣锟 赵万里 赵晓举 杨宽辉 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及灭煤火用灭火剂技术领域,具体涉及一种三元体系泡沫灭火剂,包括按质量百分比计为3％的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液,其余为去离子水；其中,所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中,包括按质量百分比计为3.33％的碳氢表面活性剂、0.033～3.33％的有机硅表面活性剂、0.033～3.33％的低碳醇、11％的助溶剂、5～8％的阻燃剂、10％的防冻剂,并补充去离子水至100％。本发明解决了常规泡沫灭火剂泡沫半衰期短,析液、聚并迅速的缺陷,本发明中的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫具有较好的持液能力,且半衰期远超常规泡沫,因而对煤自燃火灾具有良好的灭火效果。(The invention relates to the technical field of fire extinguishing agents for extinguishing coal fire, in particular to a ternary system foam extinguishing agent, which comprises 3% of hydrocarbon/organic silicon/low carbon alcohol ternary system foam stock solution by mass percent, and the balance of deionized water; the hydrocarbon/organosilicon/low-carbon alcohol ternary system foam stock solution comprises, by mass, 3.33% of a hydrocarbon surfactant, 0.033-3.33% of an organosilicon surfactant, 0.033-3.33% of a low-carbon alcohol, 11% of a cosolvent, 5-8% of a flame retardant, 10% of an antifreeze, and deionized water to 100%. The invention solves the defects of short foam half-life period and rapid liquid separation and coalescence of the conventional foam extinguishing agent, and the hydrocarbon/organosilicon/low-carbon alcohol ternary system foam has better liquid holding capacity, and the half-life period is far beyond that of the conventional foam, thereby having good fire extinguishing effect on coal spontaneous combustion fire.)
技术领域
本发明属于灭煤火用灭火剂技术领域，具体涉及一种三元体系泡沫灭火剂。
背景技术
煤炭资源在我国能源结构中占据很大比重，在开采、储存、运输过程中，煤炭在空气中发生复杂的氧化放热过程，当放热量大于散热量时，热量的不断积聚致使煤炭自燃灾害的发生，往往造成巨大的资源浪费和人员伤亡。因此，探究有效的防灭火手段具有重要意义。现有技术中的常规泡沫灭火剂存在半衰期短、持液能力较差等问题，影响灭火效果，因此，有待对现有的泡沫灭火剂配方加以改进。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述不足，提供一种三元体系泡沫灭火剂。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种三元体系泡沫灭火剂，包括按质量百分比计为3％的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液，其余为去离子水；
其中，所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中，包括按质量百分比计为3.33％的碳氢表面活性剂、0.033～3.33％的有机硅表面活性剂、0.033～3.33％的低碳醇、11％的助溶剂、5～8％的阻燃剂、10％的防冻剂，并补充去离子水至100％；
所述碳氢表面活性剂、有机硅表面活性剂、低碳醇复配成发泡剂，所述碳氢表面活性剂采用十二烷基硫酸钠(SDS)；所述有机硅表面活性剂采用LS-99；所述低碳醇采用乙醇、正丙醇、异丁醇的一种。
优选的，所述助溶剂采用尿素和乙二醇丁醚。
优选的，所述阻燃剂采用多聚磷酸铵(APP)。
优选的，所述防冻剂采用乙二醇。
优选的，所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液按以下方法制备而成：
S1、按配比称取阻燃剂和助溶剂，计算所需去离子水的重量并进行称取，将阻燃剂、助溶剂投入去离子水中并搅拌2min，得到混合液一；
S2、按配比称取碳氢表面活性剂加入混合液一中，搅拌3min，得到混合液二；
S3、按配比量取适量有机硅表面活性剂、低碳醇和防冻剂加入混合液二中，搅拌2min使其混合均匀，得到混合液三；
S4、将混合液三倒入发泡设备进行发泡，得到碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液。
本发明还包括能够使该灭火剂正常制备的其它步骤或装置，均为本领域的常规技术手段；另外，本发明中未加限定的步骤、装置和组件，均采用本领域中的常规技术手段，如泡沫参数测定使用设备为BZY-101自动表面张力测试仪、2151型罗氏泡沫仪和压缩空气泡沫发泡装置，压缩空气泡沫发泡装置由空气压缩机、储液罐、混合发泡腔组成；析液时间测定装置由电子天平、泡沫储存装置组成，电子天平连接电脑，通过数据采集软件采集析液质量变化，时间间隔设置为1s。
本发明的工作原理是：该三元体系泡沫灭火剂中，碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液仅占3％，其余为去离子水，因该配方中表面活性剂和低碳醇对泡沫性能发挥主要作用，其他物质为辅助物质，因此，本发明产生的泡沫可以认为是三元泡沫体系。
该配方中，有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)具有良好的协同增效作用。当有机硅表面活性剂LS-99添加量小于其临界胶束浓度时，有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)复配体系的张力随十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大而逐渐降低。在此情形下，液膜吸附活性剂分子量未达到饱和状态，十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大能够弥补单一活性剂分子的不足，使表面张力先减小，后达到平衡值。当有机硅表面活性剂LS-99添加量大于临界胶束浓度时，张力值随十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大先略有提升，后保持不变。有机硅表面活性剂LS-99单一体系即能发挥降低表面张力的作用，液膜活性剂分子吸附量达到饱和，十二烷基硫酸钠(SDS)的加入和有机硅表面活性剂LS-99的分子发生竞争吸附，使表面张力略有上升。由于有机硅表面活性剂LS-99在此过程中占据主导地位，吸附过程达到动态平衡后，张力再次保持不变，张力值大小趋向于有机硅表面活性剂LS-99。发泡高度在二者浓度为0.1％时明显提升，发泡高度达到167mm，相较于一元体系提升幅度达到103.7％，同时解决了十二烷基硫酸钠(SDS)低浓度下稳泡系数过低的问题。常规泡沫半衰期仅为297s，复配体系泡沫在300s时稳泡系数仍能保持0.958，可以认为本发明的三元体系泡沫半衰期远超常规泡沫。
有机硅表面活性剂LS-99和正丙醇、异丁醇添加量均达到0.1％时，发泡倍数相较于无醇体系具有较大提升，发泡倍数由30.5分别提高到34.4和52.5，增大幅度分别达到12.8％和72.1％。原因在于碳氢/有机硅表面活性剂在较高浓度下受分子间静电斥力影响，泡沫液膜吸附分子量具有最大值，低碳醇的加入可以充当缓冲物质，减缓两种分子间的排斥作用，使液膜吸附分子量增大，泡沫产生量增大。同时，由于碳原子数的增大，醇分子疏水性增强，适量低碳醇的加入能够降低Plateau通道中液体流失速度，增强稳泡能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明解决了常规泡沫灭火剂中泡沫半衰期短，析液、聚并迅速的缺陷，本发明中的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液具有较好的持液能力，且半衰期远超常规泡沫，因而对煤自燃火灾具有良好的灭火效果。
附图说明
：下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是十二烷基硫酸钠(SDS)与有机硅表面活性剂LS-99复配时，十二烷基硫酸钠(SDS)的质量浓度变化所对应的复配体系表面张力变化曲线图。
图2是十二烷基硫酸钠(SDS)与有机硅表面活性剂LS-99复配时，十二烷基硫酸钠(SDS)的质量浓度变化所对应的复配体系发泡高度变化曲线图。
图3是十二烷基硫酸钠(SDS)与有机硅表面活性剂LS-99复配时，十二烷基硫酸钠(SDS)的质量浓度变化所对应的复配体系稳泡系数变化曲线图。
图4是十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)与有机硅表面活性剂LS-99复配时，十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)的质量浓度变化所对应的复配体系稳泡系数变化曲线图。
图5是烷基糖苷(APG0814)与有机硅表面活性剂LS-99复配时，烷基糖苷(APG0814)的质量浓度变化所对应的复配体系稳泡系数变化曲线图。
图6是十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)与有机硅表面活性剂LS-99复配时，十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)的质量浓度变化所对应的复配体系发泡高度变化曲线图。
图7是十二烷基硫酸钠(SDS)、有机硅表面活性剂LS-99和不同低碳醇复配时的发泡高度曲线对比图。
图8是十二烷基硫酸钠(SDS)、有机硅表面活性剂LS-99和不同低碳醇复配时的25％析液时间曲线对比图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种三元体系泡沫灭火剂，包括按质量百分比计为3％的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液，其余为去离子水；所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中，包括按质量百分比计为3.33％的十二烷基硫酸钠(SDS)、3.33％的有机硅表面活性剂LS-99、3.33％的异丁醇、10％的尿素、1％的乙二醇丁醚，5％的多聚磷酸铵(APP)、10％的乙二醇，并补充去离子水至100％；
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时，先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min，随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min，之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀，获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为23mN/m，发泡高度为177mm，稳泡系数为0.97，发泡倍数达到52.5倍，25％析液时间为210s。
实施例2
一种三元体系泡沫灭火剂，包括按质量百分比计为3％的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液，其余为去离子水；所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中，包括按质量百分比计为3.33％的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.33％的有机硅表面活性剂LS-99、0.33％的异丁醇、10％的尿素、1％的乙二醇丁醚，5％的多聚磷酸铵(APP)、10％的乙二醇，并补充去离子水至100％；
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时，先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min，随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min，之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀，获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为22.2mN/m，发泡高度为133mm，稳泡系数为0.96，发泡倍数达到28.8倍，25％析液时间为147s。
实施例3
一种三元体系泡沫灭火剂，包括按质量百分比计为3％的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液，其余为去离子水；所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中，包括按质量百分比计为3.33％的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.033％的有机硅表面活性剂LS-99、0.033％的乙醇、10％的尿素、1％的乙二醇丁醚，5％的多聚磷酸铵(APP)、10％的乙二醇，并补充去离子水至100％；
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时，先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min，随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min，之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀，获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为25.5mN/m，发泡高度为107mm，稳泡系数为0.92，发泡倍数达到29.1倍，25％析液时间为191s。
实施例4
一种三元体系泡沫灭火剂，包括按质量百分比计为3％的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液，其余为去离子水；所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中，包括按质量百分比计为3.33％的十二烷基硫酸钠(SDS)、3.33％的有机硅表面活性剂LS-99、3.33％的乙醇、10％的尿素、1％的乙二醇丁醚，5％的多聚磷酸铵(APP)、10％的乙二醇，并补充去离子水至100％；
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时，先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min，随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min，之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀，获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为23.1mN/m，发泡高度为178mm，稳泡系数为0.97，发泡倍数达到28.7倍，25％析液时间为199s。
实施例5
一种三元体系泡沫灭火剂，包括按质量百分比计为3％的碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液，其余为去离子水；所述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液中，包括按质量百分比计为3.33％的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.033％的有机硅表面活性剂LS-99、0.033％的正丙醇、10％的尿素、1％的乙二醇丁醚，8％的多聚磷酸铵(APP)、10％的乙二醇，并补充去离子水至100％；
制备上述碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液时，先加入多聚磷酸铵(APP)和尿素并搅拌2min，随后加入十二烷基硫酸钠(SDS)并搅拌3min，之后添加其他物质并搅拌2min使其混合均匀，获得碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液的表面张力为25.2mN/m，发泡高度为113mm，稳泡系数为0.88，发泡倍数达到22.2倍，25％析液时间为121s。
对比试验：
如图4～6所示：将有机硅表面活性剂LS-99分别与其它碳氢表面活性剂进行复配，当碳氢表面活性剂采用十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)时，出现高浓度下稳泡系数大幅降低的现象。当碳氢表面活性剂采用烷基糖苷(APG0814)时，烷基糖苷(APG0814)质量浓度大于0.005％的情况下，复配体系稳泡系数低于烷基糖苷(APG0814)单一体系。当碳氢表面活性剂采用十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)时，低浓度下复配体系起泡高度低于十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)一元体系，且高浓度下对发泡高度提升幅度不大。因此碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂LS-99复配时的协同增效作用具有局限性，该增效作用是否存在和表面活性剂的种类有关，对比附图1～3可知，当碳氢表面活性剂采用十二烷基硫酸钠(SDS)，并与有机硅表面活性剂LS-99按适量比例进行复配时，具有良好的协同增效作用。
本发明的工作原理是：该三元体系泡沫灭火剂中，碳氢/有机硅/低碳醇三元体系泡沫原液仅占3％，其余为去离子水，因该配方中发挥主要作用的是表面活性剂和低碳醇，其他物质为辅助物质，因此，本发明产生的泡沫可以认为是三元泡沫体系。
如图1～3所示，该配方中，有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)具有良好的协同增效作用。当添加量小于其临界胶束浓度时，有机硅表面活性剂LS-99和十二烷基硫酸钠(SDS)复配体系的张力随十二烷基硫酸钠(SDS)的浓度增大而逐渐降低。在此情形下，液膜吸附活性剂分子量未达到饱和状态，十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大能够弥补单一活性剂分子的不足，使表面张力先减小，后达到平衡值。当有机硅表面活性剂LS-99添加量大于临界胶束浓度时，张力值随十二烷基硫酸钠(SDS)浓度的增大先略有提升，后保持不变。有机硅表面活性剂LS-99单一体系即能发挥降低表面张力的作用，液膜活性剂分子吸附量达到饱和，十二烷基硫酸钠(SDS)的加入和有机硅表面活性剂LS-99的分子发生竞争吸附，使表面张力略有上升。由于有机硅表面活性剂LS-99在此过程中占据主导地位，吸附过程达到动态平衡后，张力再次保持不变，张力值大小趋向于有机硅表面活性剂LS-99。发泡高度在二者浓度为0.1％时明显提升，发泡高度达到167mm，相较于一元体系提升幅度达到103.7％，同时解决了十二烷基硫酸钠(SDS)低浓度下稳泡系数过低的问题。常规泡沫半衰期仅为297s，复配体系泡沫在300s时稳泡系数仍能保持0.958，可以认为本发明的三元体系泡沫半衰期远超常规泡沫。
如图7～8所示，有机硅表面活性剂LS-99和正丙醇、异丁醇添加量均达到0.1％时，发泡倍数相较于无醇体系具有较大提升，发泡倍数由30.5分别提高到34.4和52.5，增大幅度分别达到12.8％和72.1％。原因在于碳氢/有机硅表面活性剂在较高浓度下受分子间静电斥力影响，泡沫液膜吸附分子量具有最大值，低碳醇的加入可以充当缓冲物质，减缓两种分子间的排斥作用，使液膜吸附分子量增大，泡沫产生量增大；同时，由于碳原子数的增大，醇类分子疏水性增强，适量低碳醇的加入能够降低Plateau通道中液体流失速度，增强稳泡能力。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种石化碱渣的处理系统及处理方法