一种基于生物弱交联的无氟抗溶性泡沫灭火剂及其制备方法

本发明涉及消防灭火材料，特别是涉及一种基于生物弱交联的无氟抗溶性泡沫灭火剂及其制备方法。

背景技术：

1、人类所面对的灾害中，火灾是发生频率较高、危害性较大的突发性灾害之一，其中大型液体火灾由于燃烧时间长、面积大、热值高、热辐射作用强等原因难以扑救，严重威胁人们的生命财产安全。泡沫灭火剂是一种利用发泡剂、泡沫稳定剂、有机溶剂等组成的泡沫浓缩液和水按一定比例混合配制成的泡沫溶液，经泡沫发生装置制造消防泡沫，主要用于扑灭这类因液体燃料引起的火灾。其中水成膜泡沫灭火剂因为能在液体表面迅速铺展形成一层水膜层，被公认为是能够扑救大型液体火灾最为有效的灭火技术。但对于由醇、醛、酮、酯及有机酸等极性溶剂引起的火灾，由于其分子极性较强，具有很强的亲水性，因此可大量吸收水分，导致泡沫破裂、瞬间消失继而让水成膜泡沫灭火剂失去作用。因此，为形成稳定的覆盖层达到灭火效果，必须使用具有耐溶性能的灭火剂，即抗溶性泡沫灭火剂。

2、抗溶性灭火剂属于凝胶型合成泡沫，具有良好的触变性能，并具有不受输液管道限制、供给强度大、灭火迅速、贮存稳定、腐蚀性低等优点。该类灭火剂目前存在的主要问题是，其在醇、醚、酮等可溶于水的极性有机物上的抗溶性和稳定性仍有待提高，附着性能较差，泡沫易脱水消散，灭火时需要喷洒大量泡沫液，灭火效率低。因此，当前学者对抗溶性泡沫灭火剂的研究中，多是在原有普通泡沫灭火剂的基础上，添加二氧化硅气凝胶，通过在极性液体表面形成一层隔离膜，增加泡沫溶液的粘度和稳定性，从而提高泡沫的抗溶性能。然而这类抗溶性泡沫灭火剂仍然避免不了氟碳表面活性剂的问题，对环境造成严重危害。故亟需研究和改良不含氟的高抗溶性、高稳定性的泡沫灭火剂，这对有效控制极性溶剂引起的火灾和降低环境污染均具有重要现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于生物弱交联的无氟抗溶性泡沫灭火剂及其制备方法。本发明从环保高效角度，研究了抗溶性泡沫的组成成分，发现抗溶型泡沫灭火剂的核心成分为具有抗溶性能的成膜物质和起泡剂。本发明适用于极性液体火灾，所产生的抗溶性凝胶泡沫抗溶性强和稳定性好，能够在极性液体上快速形成高分子凝胶保护膜，阻止水溶性燃料破坏泡沫结构，使泡沫具有优秀的保水性与体积保持率，在灭火时能快速封闭燃烧蒸汽，高效率灭火。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种基于生物弱交联的无氟抗溶性泡沫灭火剂，原料按质量份数计，包括：

4、生物基抗溶基剂2-6份、二氧化硅气凝胶1-5份、复合表面活性剂8-15份、交联剂3-6份、交联控制助剂1-8份、多功能助剂3-7份、阻燃剂5-15份、防腐剂2-5份和水2000份。

5、优选地，所述生物基抗溶基剂的制备方法包括以下步骤：将刺槐豆种子破碎后置于水中浸提，过滤，在滤液中加入乙醇，干燥，得到粗提物1；然后在粗提物1中加入乙醇醇沉，离心，所得上清液即为粗提物2；

6、将所述粗提物2溶于酶解缓冲液中，加入酶进行酶解，然后使酶失活，除去分子量<900d物质，再依次通过10kd、300kd的超滤管进行分离，得到所述生物基抗溶基剂。

7、本发明中，分子量<900d物质主要是指不溶性酶解残渣，以及生物基抗溶基剂中的蛋白质和氨基。

8、更优选地，所述水中浸提的时间为24h；所述干燥的温度为80-100℃，时间为30-50min；所述粗提物与乙醇的体积比为1:4，所述醇沉的温度为5℃，时间为12h；所述离心为在10000r/min的转速下离心15min。

9、更优选地，所述粗提物2与酶解缓冲液的质量比为1:9；所述酶的加入量为酶解缓冲液质量的2-5wt％；所述酶解的温度为30-45℃，时间为12-24h；所述酶解缓冲液为ph7.4、浓度0.01m的硼酸-硼砂缓冲液；所述酶包括淀粉酶、葡聚糖酶、几丁质酶、纤维素酶和果胶酶中的一种或多种。

10、经过本发明所限定的预处理方式后，可以酶解去除刺槐豆种子中混杂的葡聚糖、几丁质、纤维素、果胶等多糖杂质，并除去其他蛋白质，仅保留了目标物质，保证生物基抗溶基剂的纯度。

11、生物基抗溶基剂无毒无害、易降解，对环境友好，此外，生物基抗溶基剂大分子链中每一个单糖残基都有两个顺式羟基，可与四羟基和硼酸根离子进行交联反应，当胶溶液呈碱性且离解硼酸根离子足够多时则引起胶凝作用，能够在极性燃料和泡沫之间形成一层保护膜，提高泡沫抗极性燃料侵蚀的能力。

12、优选地，所述复合表面活性剂包括碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂；所述碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂添加量的质量比为1-2:1；所述碳氢表面活性剂包括十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基甜菜碱(bs-12)和烷基糖苷(apg)中的一种或多种；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和离子型6950有机硅表面活性剂中的一种或多种。

13、在本发明中，表面活性剂由碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂复配得到，在不含氟碳表面活性剂的条件下最大程度的降低了水溶液的表面张力，以及保持良好的铺展性能，与抗溶成膜物质(二氧化硅气凝胶和生物基抗溶基剂)搭配产生优异的协同作用。

14、优选地，所述交联剂包括硼砂(四硼酸钠)或硼酸；所述交联控制助剂为碳酸钙；所述多功能助剂为碳酸氢钠；所述阻燃剂包括磷酸氢二铵和/或聚磷酸铵；所述防腐剂包括季铵盐类防腐剂、尼泊金酯、没食子酸酯和对羟基苯甲酸丙酯中的一种或多种。

15、本发明添加的多功能助剂(碳酸氢钠)受热条件下易分解成co2使泡沫凝胶体积发生膨胀，从而加强材料的覆盖性能，提高防灭火能力。

16、在本发明溶液体系中硼酸盐水解产生硼酸根和氢离子，随后硼酸根离子会和生物基抗溶基剂侧链上的顺势二羟基发生络合反应，硼原子与羟基中的氧原子共用电子对，生成配位键进而发生交联形成凝胶网络。由氢离子释放出的交联控制助剂中的阳离子，反过来促进了硼酸盐的水解。交联控制助剂控制水解程度，进而控制体系交联程度和粘度。

17、二氧化硅气凝胶在发泡过程中都可以被分散到泡沫的液膜上，在这个情况下气凝胶在泡沫内部形成单层保护层，与表面活性剂不同，气凝胶形成的是具有刚性的一层膜，这层膜可以显著提高泡沫的抗烧性。

18、本发明技术方案之二：提供一种上述基于生物弱交联的无氟抗溶性泡沫灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

19、将所述生物基抗溶基剂溶解在部分所述水中，然后添加所述阻燃剂、多功能助剂调节ph值到8-9，溶胀，形成组分a；将剩余的水与所述复合表面活性剂、二氧化硅气凝胶、交联剂、交联控制助剂和防腐剂混合，形成组分b；

20、将组分a与组分b混合，反应，得到所述基于生物弱交联的无氟抗溶性泡沫灭火剂。

21、本发明在制备无氟抗溶性泡沫灭火剂的过程中，将原料体系分为了组分a和组分b，主要是为了防止a、b中有效成分会提前发生反应，不利于所需物质的生成，故分散制备，等所有的物质都溶解以后再混合。

22、优选地，所述反应的温度为50-60℃，时间为10-30min。

23、本发明技术方案之三：提供一种上述基于生物弱交联的无氟抗溶性泡沫灭火剂在极性液体火灾灭火剂领域的应用。

24、本发明的有益技术效果如下：

25、本发明设计了一种基于生物弱交联的无氟泡沫灭火剂，以碳氢表面活性剂和有机硅表面活性剂为复合发泡剂，通过生物基抗溶基剂与交联剂间可控弱交联在泡沫液膜内形成交联网络，抵抗极性燃料对泡沫结构的破坏，使泡沫具有良好抗溶性和稳定性。

26、本发明中所使用的二氧化硅气凝胶在发泡过程中可以被分散到泡沫的液膜上，二氧化硅气凝胶在泡沫内部形成单层保护层，与表面活性剂不同，气凝胶形成的是具有刚性的一层膜，这层膜可以显著提高泡沫的抗烧性。

27、本发明所制备的无氟抗溶性泡沫灭火剂，以生物基抗溶基剂为核心进行抗溶，不含有氟碳表面活性剂，所使用的试剂清洁环保、不污染环境，运行成本低，制作方便，便于工业生产。