一种用于泡沫灭火器发泡稳泡的有机硅表面活性剂复合体系

技术领域

本发明属于灭火材料领域，涉及的是一种用于泡沫灭火器发泡稳泡的有机硅表面活性剂复合体系。

背景技术

国内对水成膜泡沫灭火剂的研究起步较晚，第一代的水成膜泡沫灭火剂直到1979年才被成功研制，于20世纪90年代才研究出多用途的水成膜。经过我国科学家不断地努力，水成膜泡沫灭火剂才能在市面上发挥其重要的作用，但受限于对全氟辛烷磺酸(PFOS)的管控，合成制作新型的泡沫灭火剂已然是科学家们现如今所努力的方向。

2018年孟亚伟在无氟泡沫研究关键技术中，通过对无氟发泡剂的筛选、不同组分之间的复配，合成了一种新型的无氟合成的泡沫灭火剂。经过性能的研究测试，其性能能够具备市场化的潜在可能性。同时，笔者为了方便研究，搭建了泡沫热稳定性测试平台。

2020年吴楠等人在有机硅/碳氢在表面活性剂的研究中，无毒无害的十二烷基二甲基β(BS-12)和十二烷基苷(APG)被选为水成膜泡沫型灭火剂。环境友好的活性剂进行复配，经过对已经复配好的泡沫进行测试，发现BS-12为复配体系下的泡沫具有良好性能，其主要表现为表面张力低、黏度大、起泡能力好、泡沫稳定以及抗烧性能较好等等。研究中发现了以3％质量分数的BS-12与双性碳氢表面活性剂的复配体系可以作为一种良好水成膜泡沫灭火剂的核心，但是其泡沫性能需要进行进一步研究来提高其泡沫性能。

2020年焦金庆、应伟波等人在泡沫灭火剂中全氟辛烷磺酸的危害及替代品研发现状中，介绍了含氟泡沫灭火剂中，全氟辛基磺酸(PFOS)对于环境的危害，以及目前一些替代物的研究现状，以及未来可能出现的泡沫性能优秀的水成膜泡沫灭火剂。

2019年发明专利CN110523044A研制出一种按重量比例折合成的高性能的环保型水成膜泡沫灭火剂，其中有8％-20％的溶解剂，3-6％的氟活性剂，3-20％的碳氢活性剂，0.1％～2％的抗菌剂，3～6％的硅活性剂，0.1％～4％离子络合剂，0.1％～4％的植物多糖，其余为水。各成分在相互作用下，具有优良的灭火属性，泡沫性能佳、扑灭火的高效、密封性能好、保存期长、抗复燃能力强、原料简单易得，而且都是环保的，也很容易被生物降解；不含PFOS及其盐类，不会造成环境污染。在发泡倍数为7.3～8.1的条件下，25％析液时长为3.4～4.1分钟，仅用35～47秒就可以扑灭火，同时有13.1～17.4分钟的抗烧时间。

2018年在以碳氢化合物与硅表面活性剂复合体系为基础上的泡沫消化剂实验里，盛友杰率先测试出硅和碳氢表面的活性剂、稳泡剂、发泡剂单一泡沫的性能，筛选出泡沫性能最好的三种作为复配体系，设计实验并研制出符合国际标准的泡沫，为其商业化铺平道路。

国际自1877年就开始对泡沫灭火剂进行研究，1960年代，美军研究所下单的Richard L.Tuve开始着手于研究水成膜泡沫型灭火剂，在1966年成功申获了专利。

Shaefer等人在2008年对三种无氟和水成膜泡沫封闭燃料蒸气的能力进行了比较研究。其结果是，市场上生产的AFFF有诸多优秀特性，无氟泡沫密封燃料蒸气的性能通常低于AFFF。无氟泡沫的灭火能力较弱，Solberg公司生产的无氟泡沫灭火剂RF6能充当AFFF的替代产品。

2011年，来自澳大利亚的研究员Hagenarrae对杜邦研制的长链氟碳表层活性剂替代品进行了研究，发现其对环境存在危害。Wialliams对含氟和无氟泡沫体成膜与否两种状态下的灭火和抗烧能力进行了研究，结果显示RF6比AFFF稳定性更好。在燃料表层，RF6没有膜状结构，在扑灭辛烷火灾时表现的更高效，与此同时，扑灭庚烷和汽油火灾的效率不如AFFF低，但二者抗烧能力相差无几。

2014年，来自德国的研究员Hetzer等研制出了无氟AFFF，氟碳表层活性剂被糖基化硅表层所取代。这种新型的糖基化硅表层活性剂的比市场上销售的硅表层活活性剂性能更优，可以在燃料面构建起水膜结构，灭火性能仍比AFFF弱。

经过文献的调研和分析，国内外对于水成膜泡沫灭火剂的研究从未间断，都尝试了各种方法寻找出能够代替氟碳表面活性剂的一种新型水性薄膜形成泡沫式灭火剂，但大多降低碳化氟表层活性剂的使用量。例如，在CN110523044A专利中，已经将其降至3％。虽然减少了氟碳表面活性剂的使用，但是本质上还是氟碳表面活性剂的使用，再加上国内航空业的极速发展，对水成膜泡沫灭火剂的需求越来越多。这就造成了氟碳表面活性剂的使用依旧居高不下，对环境依旧存在不小的伤害。经过文献的发现，很少有直接寻找氟碳表面活性剂的替代物，再对其进行改性的研究。在已经进行的研究中，虽然已经有几种性能较好的表面活性剂替代品，但是其泡沫性能无法达到市场化的要求，有待进一步的研究和优化，另外制作的成本较高，无法进行大规模推广使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于泡沫灭火器发泡稳泡的有机硅表面活性剂复合体系，所述有机硅表面活性剂复合体系下的最优浓度配比为：质量浓度为0.2％的道康宁0193，质量浓度为0.4％的有机硅380，质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠，质量浓度为1.4％的十二烷基苯磺酸，质量浓度为0.03％的黄原胶，质量浓度为1％的十二醇。该浓度下的复合体系泡沫性能，发泡倍数8.3，25％析液时间783s，符合GB 15308—2006所规定的泡沫标准。本发明以硅表面活性剂复配体系为基础，推导出复合配方下泡沫浓度的最佳组合，创新使用了有机硅表面活性剂作为泡沫的表面活性剂，减少了对环境的污染，复合体系具备广阔的应用前景。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于泡沫灭火器发泡稳泡的有机硅表面活性剂复合体系：道康宁0193，有机硅380，十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸，黄原胶，十二醇及去离子水组成。

进一步的，所述复合体系的质量配比为：

质量浓度为0.2％的道康宁0193，质量浓度为0.4％的有机硅380，质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠，质量浓度为1.4％的十二烷基苯磺酸，质量浓度为0.03％的黄原胶，质量浓度为1％的十二醇，其他为去离子水。

进一步的，所述复合体系发泡倍数为8.3。

进一步的，所述复合体系25％析液时间为783s。

进一步的，所述复合体系的配制方法为：

称量0.2g有机硅表面活性剂道康宁0193、0.4g有机硅380、1.0g十二烷基硫酸钠、1.4g十二烷基苯磺酸钠、0.03g黄原胶以及1.0g十二醇与去离子水配制成1000mL溶液，即得用于泡沫灭火器发泡稳泡的有机硅表面活性剂复合体系。

进一步的，所述复合体系在水基泡沫灭火器中的应用。

有益效果：

1、使用有机硅表面活性剂作为泡沫的表面活性剂，减少了对环境的污染；使用了两种表面活性剂、发泡剂、稳泡剂进行进行正交实验，简化了实验步骤，优化了复配效果；

2、有机硅表面活性剂复合体系下的最优浓度配比为：质量浓度为0.2％的道康宁0193，质量浓度为0.4％的有机硅380，质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠，质量浓度为1.4％的十二烷基苯磺酸，质量浓度为0.03％的黄原胶，质量浓度为1％的十二醇。该浓度下的复合体系泡沫性能，发泡倍数8.3，25％析液时间783s，符合GB 15308—2006所规定的泡沫标准。

附图说明

图1为本发明实施例中全自动泡沫分析仪的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

本实施例采用自动化泡沫属性剖析平台测试泡沫发泡和稳定性：

本实施例通过将溶液通过玻璃棒导入全自动泡沫仪的玻璃管中导入的复配液为8ml，链接全自动泡沫分析仪的充气管、空压机、电脑与设备链接。选用100mm的筛网，充气接好后开始测试，全自动泡沫分析仪的玻璃管内泡沫达到的高度读数就是泡沫的发泡倍数。将10ml的复配液导入手摇式试管中上下摇晃，摇晃时间最低1分钟在摇晃结束后立即按动秒表记录泡沫析液到2.5ml刻度线的时间为25％析液时间，实验完成后进行数据记录和整理。实验设备结构图见图1。

本实施例将有机硅表面活性剂道康宁0193、有机硅380，发泡剂十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠以及稳泡剂黄原胶、十二醇进行复配实验。以A、B、C、D、E、F分别对道康宁0193、有机硅380，发泡剂十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠以及稳泡剂黄原胶、十二醇重新命名。

实验结果如下表1、表2所示。

表1表面活性剂复配实验试验因素水平表(浓度)

表2表面活性剂复配实验

复配实验极差分析

获得实验数据后，下面的两个表格表3和表4对实验发泡率、25％析液时长做了极差分析运算。

表3发泡倍数极差分析

表4 25％析液时间极差分析

表格数据都是23℃下测试。

由上观之，表2复配实验的分别以发泡率与25％析液时长为参考和依照的指标。以极差分析法为主要剖析法，如下为运用此法的主要流程和操作步骤。首先，对各要素的彼此主次关联加以确定。从表3很明显就可以得知，A、B、C、D、E、F的极差分别为2.2、3.4、3.9、3.8、3.3、1.0，因此可以得出影响发泡倍数的主次0.6关系为C＞D＞B＞A＝E＞F。第二步，对各要素的优水平加以确定。不同要素不同水平的平均值称之为优水平，从表4很清楚的就可以看出，发泡率优水平依次为A

对于A因素，A的最佳水平可以是A2或A3。如果A是A2，25％的析液时长是377.3s，发泡率是8.9。当A为A3时，发泡率是9.5，25％的析液时长是170.8s。与A3相较而言，A2的发泡率下降0.6％，减少的百分比为6％；增加了206.5s的析液时长，增加的百分比为54％。从全局考虑，A应选择A2。

对于B因素，B的最佳水平仅有B2。当B选为B2时，发泡率是10.5，析液时长为295s。

对于C因素，A的最佳水平可以是C2也可以是C3。当C为C2时，发泡率是12.2，析液时长是211.6s。当C在C3时，它的发泡率是8.9析液时长是261.6s。与C2和C3相比，C3的发泡率下降3.3，减少的百分比为27％，析液时长升高50s，增加的百分比为23％。总体来说，C应选择C3。

对于D因素，D的最佳水平可能是D2或D3。当D为D2时，发泡率是11.1，析液时长是193.3s。当D为D3时，发泡率是8.6，析液时长是333秒。与D2相比，D3的发泡率下降了2.5，减少的百分比为22％析液时长增加了139.7秒，增加的百分比为41％。总之，D应选择D3。

对于E因素，E的优水平仅有E2，当E为E2时，发泡率为10.1，析液时长为316.2s。

从F因素来看，F因素的优水平只有F

综上所述，复配实验的最优组合为A

复配泡沫实验验证

从上文的复配实验极差分析中，得出了复配泡沫的最佳组合为A

表5复配泡沫性能

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由表5可知，通过正交实验得出的最佳组合下复配泡沫发泡倍数为8.3，25％析液时间为783s，符合GB 15308—2006所规定的泡沫标准。

本发明公开了一种用于泡沫灭火器发泡稳泡的有机硅表面活性剂复合体系，所述有机硅表面活性剂复合体系下的最优浓度配比为：质量浓度为0.2％的道康宁0193，质量浓度为0.4％的有机硅380，质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠，质量浓度为1.4％的十二烷基苯磺酸，质量浓度为0.03％的黄原胶，质量浓度为1％的十二醇。该浓度下的复合体系泡沫性能，发泡倍数8.3，25％析液时间783s，符合GB 15308—2006所规定的泡沫标准。本发明以硅表面活性剂复配体系为基础，推导出复合配方下泡沫浓度的最佳组合，创新使用了有机硅表面活性剂作为泡沫的表面活性剂，减少了对环境的污染，复合体系具备广阔的应用前景。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。