水系灭火剂的研究与发展

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【摘要】综述了国内外水系灭火剂的研究现状，并讨论了水系灭火剂研究的发展方向。
火灾是人类的大敌。无论地面火灾还是井下火灾不仅造成了大量的人员伤亡，还造成了财产和自然资源的重大损失。据原劳动部统计，1994年全国共发生火灾（不含森林、草原、军队的火灾）4万起，死亡2748人，直接财产损失12.4亿元。1995年3.8万起，死亡2232人，伤3370人，直接财产损失10.8亿元。如何快速有效地扑灭火灾，最大限度地减少损失，一直是具有重要意义的研究课题。目前，灭火剂主要有水、泡沫、干粉、卤代烷、二氧化碳、氮气以及一些具有特殊用途的灭火剂，如用于扑灭轻金属火灾的7501灭火剂等。其中水是最常用的灭火剂。广泛用于扑来建筑、森林、草原和井下火灾。但水的流动性很强，大部分水常常未发挥作用就流失了，其利用率很低。例如，在扑灭森林火灾时，水喷洒到枝叶上时，大部分水很快滴到地面，起不到灭火作用。当水源较远时，付出很高的代价运来水，又未充分发挥作用，延误了灭火时间。又如扑灭建筑火灾时，流失水顺楼梯或缝隙向下层流动 动，不但失去灭火作用，而且对未着火的下层区域造成二次损失。再如在扑灭煤巷冒高浮煤自燃时，通过钻孔向燃烧区域注水，大部分水通过裂隙流到巷道，不但影响作业环境，而且由于水流冲刷，在煤体中形成更加连贯的孔隙，更有利于空气的侵入，灭火后，经过一定的时间，仍可能再次自燃。提高水的灭火性能，减少水的流失，是目前国内外火灾科学领域的前沿课题。
1 水系灭火剂研究现状
为了提高水的灭火性能，减少水的流失，人们进行了大量的研究工作。例如采用物理方法改变水的喷洒状态，利用水雾灭火；采用化学方法，通过在水中加入少量添加剂，改变水的物理化学性质，提高水在物体表面的粘附性，提高水的利用率，加快灭火速度。
1.1 水雾灭火剂
高压水通过直喷式或离心式喷嘴形成水雾。当水滴进入火焰区后，水份蒸发吸收大量热量，使火焰温度降低。同时蒸发产生的水蒸汽，降低了火焰区氧气的浓度。部分穿过火焰区的大水滴，到达燃烧物表面，降低了表面温度从而达到灭火效果。水雾还可用于扑灭电器、通讯机房、计算机房、医院等重要场所火灾，也可替代卤代烷灭火剂。
水雾若以水幕状喷出，还可用来遮挡火焰产生的红外辐射，防止火灾的蔓延。Coppalle研究了水幕对红外线的散射及吸收现象，并研究了水滴直径对水幕防红外辐射能力的影响。
1.2 含添加剂水系灭火剂
在水中加入添加剂，改变水的物理化学性质，可提高灭火效果。添加剂可分为以下几类：（1）吸水性颗粒；（2）表面活性剂；（3）增稠剂。增稠剂又可分为无机增稠剂（如水玻璃、无定形SiO2等）和有机增稠剂（如水溶性高聚物）。
（1）在水中加入吸水性颗粒添加剂。吸水性颗粒吸水并膨胀，从而使一部分水保持在颗粒中，一部分水仍成游离状态。当喷洒到物体表面后，部分游离水会流失，而吸水性颗粒则会停留在物体表面，形成覆盖层，增强灭火效果，减少水的流失量。
中川清一、伏见诚一（日本专利JP62/44271、JP01/94872）使用IM-300和IM-1000（一种丙稀酸与演粉共聚物颗粒）作为添加剂。该添加剂具有吸水膨胀性能，吸水倍数达1000倍。在扑灭模拟木材火灾实验中，使用1.0升，10秒钟内即可灭火；而使用水灭火时，需18升水，灭火时间达3分钟。将该灭火剂涂于木板表面，将木板面距火焰10cm处烘烤，在3分钟内不会燃烧。镇目龙平（日本专利JP03/292969）使用大阪有机化学工业株式会社生产的高吸水聚合物颗粒，平均粒度70～150微火，吸水率70～200倍，耐热温度150～200℃。他指出，由于大部分水被聚合物颗粒吸收，可有效地防止水的流失对财产和环境的二次破坏。