全氟辛烷磺酸/全氟辛酸替代物——新型含氟表面活性剂的研究进展

全氟辛烷磺酸/全氟辛酸(PFOA/PFOS)由于存在有争议的环境污染和生物蓄积等问题,已经成为全世界关注的焦点之一,寻找能够替代PFOA/PFOS的新型含氟表面活性剂具有重要的意义.本文综述了可能替代PFOA/PFOS新型含氟表面活性剂的合成路线和方法,并按照分子结构进行了分类,着重介绍了以下4类:①端基为CF₃O或(CF₃)₂N系列表面活性剂;②短氟链系列表面活性剂;③基于VDF或TFP系列表面活性剂;④全氟聚醚系列表面活性剂;同时对4类新型替代物的表面活性、生物降解性及在乳液聚合中的应用进行了归纳总结.目前PFOA/PFOS替代物的研究趋势,主要朝着降低含氟表面活性剂中氟元素比例、含减少氟链“有效长度”及插入N、O等杂原子等方向发展,使得新型含氟表活性剂更易降解、更环保、更安全.     

短链氟碳表面活性剂应用于灭火剂中的研究进展

近年来,世界各地致力于改进或研发短链氟碳表面活性剂,从而提高其应用价值。介绍了氟碳类灭火剂的灭火原理,将氟碳表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型和双子结构型五类,分析短链氟碳表面活性剂的合成与灭火应用性能,列表阐述各类氟碳表面活性剂的特性与常用种类,介绍其在不同种类的灭火剂中的应用,并对短链氟碳表面活性剂未来的研究与改进提出建议。     

短链氟碳表面活性剂应用于灭火剂中的研究进展

近年来,世界各地致力于改进或研发短链氟碳表面活性剂,从而提高其应用价值。介绍了氟碳类灭火剂的灭火原理,将氟碳表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型和双子结构型五类,分析短链氟碳表面活性剂的合成与灭火应用性能,列表阐述各类氟碳表面活性剂的特性与常用种类,介绍其在不同种类的灭火剂中的应用,并对短链氟碳表面活性剂未来的研究与改进提出建议。     

烷基糖苷在水成膜泡沫灭火剂中的应用研究

以烷基糖苷(APG1214和APG0810)与C6氟碳表面活性剂F1157为主要实验材料,逐步取代原水成膜泡沫灭火剂(AFFF)中的C8氟碳表面活性剂(AF4018)制成新的泡沫液配方,分别考察了其铺展性能、泡沫性能、密封性能和灭火性能,分析各新配方的灭火效果。结果表明:不含氟碳表面活性剂的AFFF达不到GB 15308—2006《泡沫灭火剂》规定的灭火要求;在未复配APG的情况下,以F1157替代C8氟碳表面活性剂可以满足灭火要求,但其抗烧时间下降且F1157用量加大;以APG1214或APG0810与较低浓度F1157复配后制成的AFFF不仅可以降低F1157的用量,而且可以明显提高泡沫液的灭火性能,其中APG0810与F1157复配后的灭火效果优于APG1214与F1157复配后的灭火效果。     

新型氟碳表面活性剂在轻水泡沫灭火剂中的应用研究

研究一种新型非离子氟碳表面活性剂Interchem-1的溶液性能,最低表面张力可达16.8 mN/m,临界胶束浓度为5×10-4~1×10-3,同时具有良好的发泡性及泡抹稳定性。以Intechem-1氟碳表面活性剂为主剂的轻水泡沫灭火剂,显示出优异的灭火效果。     

氟碳表面活性剂在消防领域中的应用

分析了氟碳表面活性剂的结构和性能特点;讲解了氟蛋白泡沫灭火剂、轻水泡沫灭火剂和凝胶型抗溶剂泡沫灭火剂的基本组成、性能特点和在消防领域中的应用场合等;最后指出在研发过程中科学工作者必须考虑氟碳表面活性剂对人类身体和环境可能产生的危害.     

氟碳表面活性剂及其在消防领域中的应用

介绍了氟碳表面活性剂的结构、性质(高表面活性、高热稳定性、高化学稳定性、憎水憎油性)，重点讨论了氟碳表面活性剂在消防领域中的应用，加入氟碳表面活性剂的普通灭火剂可以大大提高其灭火效能，并且利用氟碳表面活性剂的憎水憎油性，可以解决干粉灭火剂的抗复燃性问题。     

6月底欧盟将限制使用及销售全氟辛烷磺酸

全氟辛烷磺酸（Perfluorooctane sulfonates，PFOS）是含氟类表面活性剂，因其防油和防水性而作为原料被广泛用于纺织品、地毯、涂料、消防泡沫、航空液压油等产品中。因PFOS被欧盟健康与环境危险科学委员会认定为对人体有害的物质，2006年12月27日，欧洲议会和部长理事会联合发布《关于限制全氟辛烷磺酸销售及使用的指令》（2006/122/EC），该指令规定不得销售含有PFOS浓度或质量等于或超过0．1％的成品、半成品及零件，过渡期为18个月。欧盟此项决议简称“PFOS禁令”，即将于2008年6月27日正式生效。     

氨基酸型氟碳表面活性剂的合成及应用

以全氟辛基磺酰氟、乙二胺和丙烯酸甲酯为主要原料,合成了N-(2-全氟辛基磺酰胺基乙基)-β,β′-亚氨基二丙酸二钠氨基酸型氟碳表面活性剂,通过酸碱滴定、核磁共振和红外光谱对其分子结构进行了表征。测试结果表明,所合成表面活性剂的临界表面张力为16.5 mN/m(20℃),临界胶束浓度为1.0×10-4mol/L,具有良好的表面活性。在水成膜泡沫灭火剂中应用,能显著提高泡沫灭火剂的灭火性能和抗烧性能,灭火时间由45.8 s降到24.6 s,抗烧时间由4.7 min提高到7.8 min。500 L放大实验产品经检测,灭火性能达到GB 17427—1998的ⅠA级。     

新型氟碳表面活性剂的合成及在灭火剂中的应用

以全氟辛基磺酰氟、乙二胺和丙烯酸甲酯为主要原料,合成了N'-(N-全氟辛磺酰胺基)乙基亚氨基-β,β-二丙酸二钠氨基酸型氟碳表面活性剂.该表面活性剂具有良好的表面活性,其临界表面张力为16.5 mN/m(20℃),临界胶束浓度为1.0×10-4 mol/L;与两性和非离子碳氢表面活性剂的配伍性良好.在水成膜泡沫灭火剂中,能显著提高泡沫灭火剂的灭火性能和抗烧性能,灭火时间由45.8 s降到24.6 s,抗烧时间由4.7min提高到7.8min.     

低碳醇改性无氟泡沫的性能分析与扑灭油池火的实验研究

针对现有氟碳类泡沫灭火剂关键组分PFOS因国际环境公约出于环保和健康而限用,以及现有泡沫灭火剂还存在析液速度快而影响灭火能效等问题,在前人及团队探究无氟泡沫复配方案基础上,基于火灾化学理论与表面活性剂技术,遴选碳氢/有机硅表面活性剂(LS-99/SDS)为基剂,通过引入可改善气泡聚并的低碳醇(乙醇、正丙醇和异丁醇)调控泡沫的发泡倍数和25%析液时间等性能,开展含醇泡沫和无醇泡沫的灭火对比实验,考察低碳醇引入后的泡沫灭火能效。结果表明,引入适量浓度低碳醇可显著影响LS-99/SDS复配体系的发泡倍数和25%析液时间。相比乙醇和正丙醇,当异丁醇质量分数为0.1%时,可有效延缓含醇泡沫的析液进程和降低析液速率。通过灭火过程的火焰温度测定,发现含醇泡沫作用下10 cm和20 cm高度处的火焰最大降温速率为20.1℃·s^-1和11.2℃·s^-1,相较于无醇泡沫体系降温效果显著,降温增幅分别为39.58%和14.29%。含醇泡沫灭火剂相对于无醇泡沫灭火时间缩短了3.6 s,缩短幅度为37.5%。适量浓度的异丁醇引入到无氟泡沫体系中,可有效延缓泡沫析液进程,提高泡沫体系的发泡倍数及稳泡性能,为无氟泡沫的优化设计提供了一条新路径。建立了基于25%析液时间、平均析液速度、最大降温速率和灭火时间等综合指标的灭火效果考察方法,为泡沫灭火效能的实验室评价提供了参考依据。     

低碳醇改性无氟泡沫的性能分析与扑灭油池火的实验研究

针对现有氟碳类泡沫灭火剂关键组分PFOS因国际环境公约出于环保和健康而限用,以及现有泡沫灭火剂还存在析液速度快而影响灭火能效等问题,在前人及团队探究无氟泡沫复配方案基础上,基于火灾化学理论与表面活性剂技术,遴选碳氢/有机硅表面活性剂(LS-99/SDS)为基剂,通过引入可改善气泡聚并的低碳醇(乙醇、正丙醇和异丁醇)调控泡沫的发泡倍数和25%析液时间等性能,开展含醇泡沫和无醇泡沫的灭火对比实验,考察低碳醇引入后的泡沫灭火能效。结果表明,引入适量浓度低碳醇可显著影响LS-99/SDS复配体系的发泡倍数和25%析液时间。相比乙醇和正丙醇,当异丁醇质量分数为0.1%时,可有效延缓含醇泡沫的析液进程和降低析液速率。通过灭火过程的火焰温度测定,发现含醇泡沫作用下10 cm和20 cm高度处的火焰最大降温速率为20.1℃·s^-1和11.2℃·s^-1,相较于无醇泡沫体系降温效果显著,降温增幅分别为39.58%和14.29%。含醇泡沫灭火剂相对于无醇泡沫灭火时间缩短了3.6 s,缩短幅度为37.5%。适量浓度的异丁醇引入到无氟泡沫体系中,可有效延缓泡沫析液进程,提高泡沫体系的发泡倍数及稳泡性能,为无氟泡沫的优化设计提供了一条新路径。建立了基于25%析液时间、平均析液速度、最大降温速率和灭火时间等综合指标的灭火效果考察方法,为泡沫灭火效能的实验室评价提供了参考依据。     

Study on aqueous film-forming foam extinguishing agent based on fluorocarbon cationic–hydrocarbon anionic surfactants mixture system

Fluorocarbon surfactants were the main components of aqueous film-forming foam extinguishing agents (AFFF). Unfortunately, the widely used fluorocarbon surfactant perfluorooctane sulfonate (PFOS) was limited due to its toxicity, bioaccumulation and biodegradability. In this paper, an environmentally friendly quaternary ammonium cationic fluorocarbon surfactant with high surface activity and simple synthesis route was reported. The surface performance and aggregation behavior of the mixed solution of this fluorocarbon surfactant and sodium n-octyl sulfate were studied by means of surface tension meter and transmission electron microscope (TEM). The results showed that the synergistic effect of sodium n-octyl sulfate and this fluorocarbon surfactant was significant, and many vesicles could be observed in the mixed solution with the concentration of 0.1 mol/L under TEM. Subsequently, three environmental friendly AFFF formulations (F-1, F-2, F-3) were designed with the mixture of the fluorocarbon surfactant, sodium n-octyl sulfate and lauryl betaine BS-12 as foaming agent. Through its foam performance test, it could be seen that F-3 showed relatively excellent foam performance. The initial foam height h₀ was 70 mm, the 25% drainage time was 315 s, the extinguishing time was 28 s, and the burn-back time was 720 s. This kind of fire extinguishing agent had the potential of fire protection application.     

The physicochemical and fire extinguishing performance of aqueous film-forming foams based on a class of short-chain fluorinated surfactants

Aqueous film-forming foams (AFFFs) are an important for fire extinguishing, and their key ingredient is fluorinated surfactant. In recent years, traditional long-chain fluorinated surfactants have been banned by most countries because of their persistence, bio-accumulation and toxicity. Therefore, increased attention has been paid to the research and development of short-chain fluorinated surfactants. As is well known, the introduction of hydrophilic or hydrophobic groups in a surfactant affects its surface activity, and therefore, the fire extinguishing performance of AFFFs. In this work, a series of short-chain fluorosurfactant-based AFFFs with different hydrophobic chain lengths were prepared. The physicochemical performance of mixed systems (fluorinated surfactant plus sodium hexanesulfonate), including surface activity, spreading ability, foam expansion, drainage time, and the fire extinguishing and burn-back performance of AFFFs were studied. The results show that the critical micelle concentration (CMC) and the surface tension (γ_CMC) at the CMC of mixed systems at 25°C are lower than 7.68 mmol/L and 16.51 mN/m, respectively. For mixed systems, the average spreading rate is more than 1.09 cm/s, the foam expansion is over 7.1, and the drainage time is greater than 3.28 min. The fire extinguishing time of AFFFs on fuels is less than 51 s while the burn-back time is more than 15.18 min. The results imply a potential application prospect of the short-chain fluorinated surfactants in AFFFs.     

常用灭火剂灭火性能及原理

详细介绍了气体灭火剂、泡沫灭火剂、干粉灭火剂和气溶胶灭火剂等多种常用灭火剂的性能及灭火原理,并对其适用条件进行了说明。     

EBM气溶胶灭火剂产物的潮解研究

EBM气溶胶灭火剂是一种新型高效灭火剂,其灭火效率高于哈龙类灭火剂。燃烧反应产生的白色烟雾对火灾具有抑制作用。白色烟雾中含有固体颗粒物质,这些颗粒物降落形成的残留物潮解后对金属材料及线路板等有腐蚀性。对气溶胶灭火剂颗粒物潮解进行研究,研究结果表明:空气的相对湿度是影响气溶胶颗粒物潮解的主要因素。     

温湿度对EBM气溶胶灭火剂吸湿的影响

EBM气溶胶灭火剂是一种新型高效灭火剂,其灭火效率高于哈龙类灭火剂.燃烧反应产生的白色烟雾对火灾具有抑制作用.白色烟雾中含有固体颗粒物质,这些颗粒物降落形成残留物湿后的残留物对金属材料及线路板等有腐蚀性.研究了温湿度对气溶胶灭火剂吸湿的影响.研究结果表明:空气的相对湿度是影响气溶胶颗粒物吸湿的主要因素.     

氟表面活性剂和氟聚合物(XII)——含氟灭火剂

介绍了氟表面活性剂在水成膜泡沫灭火剂(AFFF)、氟蛋白泡沫灭火剂(FP)、成膜氟蛋白泡沫灭火剂(FFFP)及抗复燃超细干粉灭火剂以及Halon灭火剂替代物中的应用。分析了国内研究生产现状,对含氟灭火剂的发展趋势和前景进行了展望。     

碳氢/有机硅/低碳醇三元系泡沫及抑制煤自燃的效果分析

泡沫灭火剂是常用的火灾扑救方法之一,但常规泡沫灭火剂存在半衰期短,析液、聚并迅速而影响灭火效能的问题,基于火灾化学和活性剂技术,提出碳氢表面活性剂SDS、有机硅表面活性剂LS-99和低碳醇的三元系泡沫体系,并系统探究碳氢/有机硅/低碳醇的复配配比。通过表面张力、发泡高度、稳泡系数的大量测试,发现LS-99的临界胶束浓度为0.0083%。LS-99和SDS二元系在降低表面张力、提升发泡高度和稳泡系数方面具有良好的协同增效作用。在此基础上引入适量浓度的能够延缓泡沫析液、聚并的异丁醇,设计出了性能优良的碳氢/有机硅/低碳醇泡沫灭火剂。LS-99、SDS和异丁醇的质量分数为0.1%时,测试结果表明SDS/LS-99/醇三元系泡沫的发泡倍数可达52.5倍,25%析液时间可达210 s,300 s时的稳泡系数高达0.958,半衰期远超常规泡沫。煤自燃的灭火抑制实验表明,SDS/LS-99/醇三元系泡沫作用下,煤自燃各反应阶段的活化能相较于空气氛围均增大,反应难度增强;最大失重速率下降,反应剧烈程度减弱。初期吸热阶段的吸热量为78.3 J/g,大于空气氛围下煤氧复合的吸热量,吸热增幅高达2.16倍。放热阶段的放热量为1765.4 J/g,相较于空气氛围放热降幅达到15.15%,表明SDS/LS-99/醇三元系泡沫对煤自燃具有良好的灭火效果。