新型水系灭火剂复配体系及灭火效能研究文献综述

 2022-11-24 22:58:38

文 献 综 述

  1. 背景

火灾是社会经济发展和人类生命安全的大敌，无论地面火灾还是井下火灾，都不仅造成了大量的人员伤亡,还造成了社会财富和自然资源的重大损失。目前,灭火剂主要有水、泡沫、干粉、卤代烷、二氧化碳以及一些具有特殊用途的灭火剂。李增华等人[1]研究证实 水是最常用的灭火剂,广泛应用于扑灭建筑，森林等火灾。但水的流动性很强,大部分水常常未发挥作用就流失了,利用率较为低下。

为了增强水的灭火性能,减少水的流失比例,人们进行了大量的研究工作，其中较为有效的措施就是在水中加入添加剂，改变水的物理化学性质，从而提高灭火效果。水基灭火剂中的添加剂主要包括表面活性剂( 包括氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂等) 、阻燃剂、乳化剂、增稠剂、防冻剂以及其它添加剂，多种添加剂有时会被同时使用。在水基灭火剂主要是通过改变水的流动性、润湿性、沾黏性、喷洒方式等方面来提高灭火性能，强化水、润湿水和黏性水灭火性能有着各自的优缺点。张文成等人[2]研究表明十二烷基苯磺酸钠作为添加剂对水基灭火剂灭火能力有显著影响。开展对十二烷基苯磺酸钠为覆盖窒息组分灭火剂中十二烷基苯磺酸钠的最佳质量分数的研究，对及时扑灭火灾，减少人员损害，降低财产损失有着重要意义。

  1. 国内外研究现状

目前水基灭火剂的研究以实验为主，多种理论方法辅助实验研究。我国对水系灭火剂的研究起步较晚，最初的一系列灭火剂由公安部天津消防研究所[3]研制出来，主要在水中添加增稠，剂湿润剂，阻燃剂以及其他助剂。1979年我国在外国水系灭火剂配方的基础上运用分子动力学方法研制出第一代水成膜泡沫灭火剂[4]，但是由于造价高而未能推广应用。1983年在第一代的基础上研制出第二代并投产。1984年公安部天津消防研究所[5]对高分子聚合体系的形成和聚集过程进行研究，开发出高分子凝胶型抗溶泡沫灭火剂，该产品是目前国内普遍生产和使用的抗溶泡沫灭火剂。1999年专利CN1223893A[6]模拟溴化铵聚磷酸铵复合体系的力学性能，研制出以溴化铵为主，聚磷酸铵为辅的灭火剂，该灭火剂主要用于森林和油田火灾，功能单一。2003年徐晓楠[7]以界面理论为基础研究出了一种新型的水系灭火剂，分别测试其流动性能和阻火灭火性能，得出该水系灭火剂具有良好的流变性能、热稳定性、保水性、抗燃性、热化学性能，可推广应用。2004年专利CN1535742A[8]运用分子动力学研究阴阳离子作用机理，选用阴离子表面活性剂、含量较少的阳离子氟碳表面活性剂，使其具有足够的活性，再加入泡沫稳定剂，能够迅速扑灭火灾，其中的抗烧剂聚憐酸铵，增强抗复燃性能。专利CN1535742A除了阴阳离子表面活性剂，泡沫稳定剂，阻燃剂，使其有较高的灭B类火能力，所用的抗冻剂是混合型的，南北方均可使用该灭火剂。2007年专利CN101024113A[9]研究玻璃界面与水界面的结合能和力学性能，支撑了一种多元复合灭火剂，含有的成泡物质是表面活性剂，特殊之处是所选用的隔热物质是空心玻璃微珠，对油类火灾有较好的覆盖隔热性能，克服了以往灭火剂抗复燃性能不足的缺陷。2008年上海应用技术学院周波[10]运用分子动力学研究水成膜机理，制备了一种高分子型水系灭火剂，采用玉米淀粉、丙烯酸，通过引发剂过硫酸按而制得。灭火实验证明这种灭火剂改善了水的灭火性能，抗复燃能力强。2009年，陈伟红等人[11]由分析力学研究得到思路，将氟碳表面活性剂添加到空心微珠泡沫灭火剂中，使得该类灭火剂的泡沫稳定性和抗烧性増强。2011年端木亭亭等人[12]研究氨基酸与表面活性剂的结合方式和结合角度，发现此复配体系能有效降低表面张力，于是将氨基酸类和碳氨类表面活性剂进行复配，并配以其它助剂，制成了一种非全氟辛酸类水成膜泡沫灭火剂，该灭火剂具有较低的表面张力，缩短灭火时间的同时也増加了材料的抗烧时间。专利CN102274604A[13]运用表面化学对碳氨表面活性剂进行研究，得到了一种新型水系灭火剂，由碳氨表面活性剂、稳定偶合剂、螯合剂、铺展抗烧剂、抗冻剂、乳化剂、増粘剂和水混合而成，利用惰性气体发射，通过乳化和泡沫覆盖窒息灭火，对油类火灾具有很好的灭火效果。2013年专利CN103285550A[14]运用热分析方法对水系灭火剂进行研究选用水、碳酸氢钠、三聚磷酸铵、丙三醇、TritonX-100、Tween-200制成了一种用于扑灭煤粉火灾的水系灭火剂，该灭火剂能迅速渗透至煤粉表层以下，对煤粉的阴燃和自燃有良好的降温润湿和窒息作用。2014年专利CN103691091A[15]对氯化钠水溶液分散体系进行力学性能分析得出了一种耐海水高倍数泡沫灭火剂，由水、复合碳氢表面活性剂、抗冻剂、高级醇醚、增稠剂和泡沫稳定剂组成，该灭火剂具有抗烟尘和耐髙温能力，泡沫层高度可达10m以上并具有较好的堆积度，灭火效果好。2015年王建等人[16]对聚丙烯酰胺进行界面分析，以聚丙烯酰胺和高分子吸水树脂为原料，合成了新型的高分子凝胶水系灭火剂，二者比例是1：2时效果最佳，灭乙醇火用时8s，灭火时间短且抗复燃性能好。美国RD HickS等人[17]自90年代开始研究水系灭火剂，以界面理论为基础，通过在水中添加具有吸水性的高分子物质，来降低水的表面张力和提高水的粘度，使该类灭火剂易于在油面分散，且在固体表面不易流失，在灭A、B类火灾中效果良好。1999年日本专利CN1275088A[18]在前人研究的基础上，运用分析力学研究各常用灭火剂成分相互间的力学作用，选用发泡剂、成膜剂、安定剂和凝固点降低剂等制成的水系泡沫灭火剂，在低温环境中发泡性和成膜性优良，适用于油类火灾和木材火灾。2001年日本在NMR,FTIR,XRD,HPLC分析凝胶性能的基础上，研制出一种以聚丙烯酰胺为主要成分的高分子水凝胶灭火剂[19]，保水性进一步提高，抗复燃能力强。2004美国Grof Robert[20]在对低温水系体系进行热力学研究的基础上，研制一种由水溶性铵盐、防冻剂、碳氨表面活性剂、氟系表面活性剂组成的泡沫灭火剂，在-20℃～60℃的温度范围内均可使用，应用范围广泛。2006年JB Popp[21]在对惰性气体力学性能研究的基础上制备出一种新型灭火剂，利用泡沫和惰性气体相结合的方式灭火，当泡沫中的水与金属反应时，将氢气和氢氧根释放出来，而惰性气体的存在使得氧气不足以维持燃烧，从而扑灭火焰，特别适用于灭金属或金属化合物火灾，对于扑灭金属类火灾具有重要的意义。2007年法国Baudouin[22]对铅酸盐表面力学性能研究后研究出一种新型灭火剂，通过将铅酸盐矿物、水玻璃或纤维素衍生物等原料添加在水中，所制成的灭火剂可粘附在枝叶上，且不易渗透到土壌中，也不容易蒸发，可用于扑灭森林火灾并在森林火区四周形成火灾隔离带，阻止火灾的进一步蔓延。2012年美国James等人[23]运用分子动力学研究表面活性剂与水的复合体系，选用月桂醇磺基乙酸醋钠盐、黄原胶等多糖加入水中，制成的灭火剂能在固体和液体表面形成一层稳定的泡沫层，达到冷却窒息灭火的目的，且不容易复燃。近年来，国内外消防领域，使用最普遍的水系灭火剂是美国危险控制技术公司生产的F-500和美国GelTech Solution公司[24]生产的＂吉尔泰克＂系列灭火剂，该类灭火剂具有各类水系灭火剂的优点，对纸张、木材、干草、棉制品、煤炭、橡胶、极性液体（如甲醇、乙醇等）、非极性液体（如煤油、汽油等）及镁、钛等化工原料所引起的火灾，具有极为突出的灭火效果。

参考文献

  1. 李增华，周世宁.水系灭火剂的研究与发展.中国安全科学学报.1997 .02.011
  2. 张文成，黄寅生.一种水基灭火剂配方的实验研究.消防技术与产品信息.2012.11.047
  3. 刘玉恒，金洪斌，叶宏烈我国灭火剂的发展历史与现状产品信息.产品信息.2005.01.082
  4. 施达修.水成膜泡沫灭火剂.化工给排水设计.1994.04.042
  5. 刘玉恒，金洪斌，叶宏烈.我国灭火剂的发展历史与现状.消防技术与产品信息.2005.01.082
  6. 刘全生.快速高效灭火剂.中国.98113422.X
  7. 徐晓楠.新型水系灭火剂的试验研究.化工进展.2003.22(7).717
  8. 梁崇标.包含阴离子和含氟阳离子表面活性剂的水成膜泡沫灭火剂.中国.03109134.2
  9. 杨守生，张彰，尹桂旭.多元复合灭火剂及其制备方法.中国.200710079463.1
  10. 只茂海.类通用型多用途泡沬灭火剂.中国.200710139369.0
  11. 陈伟红，杜文峰，何威．碳氟表面活性剂对空心微珠三相泡沫抗溶抗烧性能影响研究．火灾科学.2009.18（3）.182
  12. 端木亭亭，王嘉，梁路，等．非PFOA型水成膜泡沫灭火剂．消防科学与技术.2011.30(9).825
  13. 黄寅生，张文成，王文涛，等．一种水基灭火剂：CN102274604A．2011-12-14
  14. 吕东，吴伟，张玉贤，等．一种用于扑灭煤粉火灾的高渗透性水基灭火剂：CN103285550A.2013-09-11
  15. 潘德顺，徐友萍．耐海水高倍数泡沫灭火剂.201410002935.3
  16. 王建，张丹，宋佳．新型高分子凝胶水系灭火剂（PAM-SA）的制备及灭火性能研究.当代化工.2015.44(1).18
  17. RD HickS，JE Mills，WN Hsu，etc．Water adcHdve and method for fire prevention and fire extinguishing：US598949446．1999
  18. K Kashiki,M Sumitani，K Sakae， etc． Fire-extinguishing agent，water for fire extinguishing，and method of fire estinguish.EP1380322A1.2004-01-14
  19. 株式会社ACP．水系泡沫灭火剂：CN97102057.4.1997-01-23
  20. Graf Robert,Keipl,etc.Water based liquid foam extinguishing foamulation.US6814880B1(P).2004-11-09
  21. JB Popp.Multi-class fire extinguishing agent.WO2006/093811A2(P).2006-09-08
  22. Zhigang Liu,Andrew K.Kim,Dom Carpenter.A study of portable water mist fire extinguishers used for extinguishment of multiple fire types Fire Safety Journal.2007.42.25
  23. JA Matnis Fire extinguishing agent and method of use.US2012/0118590A1(P).2010-11-17
  24. 滑迎辉，张国华，郝瑞建．高效水系灭火剂研究新进展．化学工程师.2015.235(4).55

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