一种气凝胶泡沫灭火剂及其原位制备方法

本发明涉及灭火材料，具体涉及一种气凝胶泡沫灭火剂及其原位制备方法。

背景技术：

1、泡沫灭火剂是扑救b类火灾最常用也是最有效的灭火剂。泡沫灭火剂可分为水成膜泡沫灭火剂(afff)、蛋白型泡沫灭火剂2(p)、合成泡沫灭火剂(s)等。泡沫在油火表面的铺展性、稳定性、抗烧性对于泡沫的灭火效率至关重要。为提高泡沫的稳定性和抗烧性，可在泡沫中添加固体颗粒形成气-液-固三相泡沫，气泡破碎后剩余的固体微粒沉积在下层泡沫表面，借助固体颗粒的隔热耐烧性及其与表面活性剂、聚合物之间的协同作用，提高三相泡沫的热稳定性和抗烧性。蒋新生的“复配超细粉体三相泡沫的制备与稳定性研究”、唐宝华的“强化油品抗烧三相泡沫灭火剂开发及性能研究”等对此类泡沫进行了研究，但大都需要添加高用量的固体颗粒，质量浓度超过10％，为泡沫制备和存储造成困难。

2、此外，为提高泡沫的铺展速度，学者们通过添加全氟辛烷磺酸盐(pfos)类物质制备出afff灭火剂，疏水疏油的pfos类物质能极大降低表面张力并在油面迅速铺展形成一层液膜抑制油分挥发，提高灭火效率高，但pfos类物质是一种难以降解的毒性有机污染物，目前各国已对其生产和使用进行严格的限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种气凝胶泡沫灭火剂的制备方法，工艺简单易操作。

2、本发明的另一目的是提供由上述制备方法制得的气凝胶泡沫灭火剂，抗烧能力强，且绿色环保。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

4、一方面，本发明提供一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将nh3·h2o溶液与乙醇按比例混合，搅拌均匀；

6、(2)在60～75℃条件下向步骤(1)的混合溶液中加入模板剂a，搅拌至溶液澄清，然后加入模板剂b继续搅拌至溶液澄清；

7、(3)逐滴加入正硅酸乙酯(teos)，在60～75℃条件下搅拌反应2h，形成白色浆液；

8、(4)向步骤(3)得到的白色浆液中加入一定体积水搅拌均匀，升温至80℃加热搅拌0.5～2h；冷却至室温后加入复配表面活性剂，在2200r/min转速下搅拌分散5min，对气凝胶颗粒进行表面吸附改性；

9、(5)加入溶解好的黄原胶溶液，搅拌5min，然后依次加入聚乙二醇、聚磷酸铵、尿素，在5000r/min转速下搅拌30～60min；将样品密封静置过夜，取上层液体得到气凝胶泡沫灭火剂。

10、优选的，步骤(1)所述nh3·h2o溶液质量浓度为20％～30％；所述nh3·h2o溶液与乙醇的质量比为1:1～1.5:1。

11、优选的，步骤(2)所述模板剂a为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种或几种，添加量为0.005～0.01mol/l；所述模板剂b为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种，模板剂a与模板剂b的摩尔比为1：(1～3)。

12、优选的，步骤(3)所述teos添加量占白色浆液的1～3vol％。

13、优选的，步骤(4)所述复配表面活性剂由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、有机硅表面活性剂按质量比1：1：0.2复配得到，其中所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种，所述非离子表面活性剂为烷基糖苷、月桂醇聚氧乙烯醚中的一种，所述有机硅表面活性剂为8000、8022、8002、道康宁-0193型有机硅表面活性剂、离子型6950有机硅表面活性剂中的一种。

14、优选的，步骤(4)所述复配表面活性剂添加量占气凝胶泡沫灭火剂的2.1～2.3wt％。

15、优选的，步骤(5)所述黄原胶溶液质量浓度为0.1～0.3％，黄原胶添加量占气凝胶泡沫灭火剂的0.02～0.04wt％。

16、优选的，步骤(5)所述聚乙二醇聚合度为1500。

17、优选的，步骤(5)所述聚乙二醇、聚磷酸铵、尿素添加量分别占气凝胶泡沫灭火剂的1～2.5wt％、1～3wt％、0.6～2wt％。

18、另一方面，本发明还提供由上述原位制备方法制得的一种气凝胶泡沫灭火剂。

19、本发明先在氨水-乙醇混合溶液中先后加入模板剂加热溶解，再加入正硅酸乙酯在加热条件下水解缩合产生气凝胶颗粒，再加入复配表面活性剂进行表面吸附改性和空间位阻稳定，最后加入灭火组分得到气凝胶泡沫灭火剂。

20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、1.所制备的气凝胶泡沫灭火剂通过模板法反向堆积进行原位制备，以电荷斥力与空间位阻稳定，得到气凝胶颗粒分散的泡沫灭火剂，制备方法简单，无需对气凝胶颗粒干燥后再与灭火液混合分散。

22、2.分散在泡沫液膜中的气凝胶颗粒能对泡沫骨架起到支撑作用，提高泡沫稳定性，气泡破碎后泡沫中气凝胶颗粒能够沉积在下层泡沫表面，而气凝胶颗粒中纳米尺度的多孔结构能够有效抑制热对流的发生，减弱火焰对剩余泡沫的热辐射，延缓泡沫的进一步破裂，使其在泡沫中极少添加量即可大幅提高泡沫的抗烧性，降低灭火成本。同时该气凝胶泡沫灭火剂由有机硅表面活性剂与碳氢表面活性剂复配得到，在不含pfos等污染成分的条件下极大程度降低灭火液表面张力，加快泡沫在油面铺展速度，提高灭火效率。

技术特征：

1.一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(1)所述nh3·h2o溶液质量浓度为20％～30％；所述nh3·h2o溶液与乙醇的质量比为1:1～1.5:1。

3.根据权利要求1所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(2)所述模板剂a为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种或几种，添加量为0.005～0.01mol/l；所述模板剂b为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种，模板剂a与模板剂b的摩尔比为1：(1～3)。

4.根据权利要求1所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(3)所述teos添加量占白色浆液的1～3vol％。

5.根据权利要求1所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(4)所述复配表面活性剂由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、有机硅表面活性剂按质量比1：1：0.2复配得到，其中所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种，所述非离子表面活性剂为烷基糖苷、月桂醇聚氧乙烯醚中的一种，所述有机硅表面活性剂为8000、8022、8002、道康宁-0193型有机硅表面活性剂、离子型6950有机硅表面活性剂中的一种。

6.根据权利要求1或5所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(4)所述复配表面活性剂添加量占气凝胶泡沫灭火剂的2.1～2.3wt％。

7.根据权利要求1所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(5)所述黄原胶溶液质量浓度为0.1～0.3％，黄原胶添加量占气凝胶泡沫灭火剂的0.02～0.04wt％。

8.根据权利要求1所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(5)所述聚乙二醇聚合度为1500。

9.根据权利要求1所述的一种气凝胶泡沫灭火剂的原位制备方法，其特征在于，步骤(5)所述聚乙二醇、聚磷酸铵、尿素添加量分别占气凝胶泡沫灭火剂的1～2.5wt％、1～3wt％、0.6～2wt％。

10.一种由权利要求1至9任一项所述的原位制备方法制得的气凝胶泡沫灭火剂。

技术总结本发明公开了一种气凝胶泡沫灭火剂及其原位制备方法。先在氨水‑乙醇混合溶液中先后加入模板剂加热溶解，再加入正硅酸乙酯，在加热条件下水解缩合产生气凝胶颗粒，再加入复配表面活性剂进行表面吸附改性和空间位阻稳定，最后加入灭火组分得到气凝胶泡沫灭火剂。本发明的气凝胶泡沫灭火剂制备方法简单，无需对气凝胶颗粒干燥后再与灭火液混合分散，在不含PFOS等污染成分的条件下极大程度降低灭火液表面张力，提高了泡沫灭火抗烧能力。技术研发人员：颜丙瑞,朱国庆,刘春晓,邵丹妮,唐佳旭,钱华琳熙,何路,王青祥,王欣宇受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/1/25