染料染色的灭火泡沫浓缩物 背景 本发明大体涉及评价灭火泡沫浓缩物的组合物和方法。在灭火泡沫的应用中，常规作法是购买和贮存呈浓缩形式的这些灭火剂。然后将这些浓缩物与水以适当混合比或配合比(通常1∶99，3∶97或6∶94体积/体积比的浓缩物比水)混合。混合一般是用专门为此开发的装置完成的。重要的是获得适当的混合比以便由该浓缩物和水的混合物制备的泡沫能有效地灭火。国家消防协会(NFPA)要求将混合比控制在可接受的窄范围；对于除了救火车之外的灭火应用，该范围目前是所述应用百分数的1～1.3倍，但至多是生产商规定的应用百分数以上一个百分点。例如，对于1％的浓度，可接受的混合比应当是1.0％～1.3％。同样，3％浓缩物应当需要以3.0％～3.9％的比率混合，而6％浓缩物应当需要以6.0％～7.0％的比率混合。救火车通常可具有稍微不同的范围，但应控制在规定的范围。测定该混合比或配合比的传统方法已经包括溶液折射率地测定和最近运用的电导率的测定。
目前可用来测定灭火泡沫组合物混合比的方法在实际应用中都不是足够方便的、准确的或廉价的。此外，还没有评价一旦发泡和分散后的这类组合物的方法。
本发明一个目的是解决上述一个或多个问题。本发明一个或多个优选实施方案的又一个目的是，提供一种测定与稀释剂(特别是当稀释剂是海水或具有高电解质或溶解固体物含量的水时)混合的灭火泡沫浓缩物混合比的准确方法。本发明一个或多个优选实施方案的又一个目的是，提供一种评价灭火泡沫组合物发泡后的混合比的方法。
发明概述
本发明涉及一种灭火浓缩物，当稀释而配制一种灭火组合物时，它包含浓度与灭火组合物中灭火浓缩物的浓度成正比的水溶性染料。水溶性染料以这种方式的应用便于方便、准确和廉价地测定灭火浓缩物的混合比。
按第一方面，一种灭火泡沫浓缩物包含发泡性灭火剂、水溶性染料和二元醇醚，各自呈已知的相对浓度。按下文进一步讨论的某些优选的实施方案，所述灭火泡沫浓缩物包含基于氟表面活性剂的发泡性灭火剂、水溶性染料和二甘醇丁醚。
按另一方面，一种灭火泡沫浓缩物包含呈已知相对浓度的、基于氟表面活性剂的发泡性灭火剂和水溶性染料。按下文进一步讨论的某些优选的实施方案，所述灭火泡沫浓缩物包含基于氟表面活性剂的发泡性灭火剂和水溶性染料。所述灭火泡沫浓缩物可能进一步包含二元醇醚、基于烃的发泡性灭火剂、水溶性聚合物和/或无机盐。
按另一方面，一种灭火组合物包含上文公开的灭火泡沫浓缩物，还有适当的稀释剂，优选是水性稀释剂，例如水，诸如海水等。
按一方法方面，一种灭火方法包括使用上文公开的灭火组合物。
按另一方法方面，提供了一种评价上文公开的灭火组合物的方法。该方法包括：
a)将上文公开的灭火泡沫浓缩物导入一种合适的稀释剂(优选是水性液体)，从而获得一种所得混合物，该所得混合物的光谱性质(优选是染料的颜色强度)与所得混合物中灭火剂的浓度成正比；
b)获得所得混合物的样品；以及
c)将该样品的光谱性质与预定的标准物作比较。
按该方法方面某些优选的实施方案，在将样品的光谱性质与预定的标准物比较以前，使灭火组合物发泡并使泡沫松弛返回液态形式。
从如下对某些优选实施方案的详细描述将明白本文公开的灭火泡沫材料和方法的另外方面、特征和优点。
详细描述 从前述公开内容，本领域技术人员将理解，本文公开的灭火泡沫材料可按已知技术制备。按某些优选的实施方案，将一种水溶性染料，优选一种二元醇醚，以及任何各种其它任选的组分加到一种发泡性灭火剂中，以致染料和发泡性灭火剂呈已知的相对浓度。如本文应用的水溶性染料表示一种大致溶于水的染料或一种可在水中分散的染料。任选地，所得灭火泡沫浓缩物进一步包含稀释剂(优选是水或其它水性液体)，从而获得合适的浓缩物。所述灭火泡沫浓缩物可被发泡和立即应用，或者作为浓缩物就地贮存供需要时使用。在灭火泡沫浓缩物的使用中，添加稀释剂(优选是水性稀释剂，例如水，诸如海水)而形成能被充气成有效灭火的泡沫的灭火组合物。可以评价或测定灭火泡沫浓缩物与稀释剂的混合比或配合比，从而相应地评价或测定泡沫中发泡性灭火剂与稀释剂的比率。具体地说，将所得混合物的光谱性质(例如，染料颜色强度或辐射能(例如光)的吸收度或透射率)与预定的标准物比较。可以在充气成泡沫以前或者在发泡以后，当泡沫松弛返回液态形式之后，对灭火泡沫组合物取样进行该比较。
本文公开的灭火泡沫浓缩物可利用发泡性灭火剂、水溶性染料和优选的二元醇醚来生产。可按本说明书或者如本领域技术人员所了解或已知的那样稀释发泡性灭火剂，从而按照充气或本领域技术人员已知的其它发泡技术产生稳定的泡沫。然后可将泡沫喷到或撒到火上或火中而灭火，例如通过夺去它的氧。在某些优选的实施方案中，所述发泡性灭火剂包括基于氟表面活性剂的灭火剂。在其它优选的实施方案中，所述发泡性灭火剂既包括基于氟表面活性剂的也包括基于烃表面活性剂的灭火剂。还在其它优选的实施方案中，所述灭火泡沫浓缩物可被配制成产生耐醇的灭火组合物。这类实施方案优选包括一种基本上不溶于其它极性溶剂(例如，醇)的水溶性聚合物，以及所述发泡性灭火剂和任何其它合适的组分。在其它优选的实施方案中，所述灭火泡沫浓缩物进一步包含无机盐。
发泡性灭火剂的实例包括一种或多种烷基氟表面活性剂，例如，Ciba Specialty Chemicals(High Point，N.C.)生产的Lodyne S-103A、Lodyne K81′84和Lodyne F-102R；AtoFinaChemicals(Philadelphia，PA)生产的Forafac 1157N；以及DynaxCorporation(Elmsford，NY)提供的DX3001。基于氟表面活性剂的发泡性灭火剂的应用含量取决于预期的标称配合比。对于6％浓缩物，应用含量通常应当是1～10wt％；对于3％浓缩物，应用含量通常应当是2～15wt％；而对于1％浓缩物，应用含量通常应当是2～20wt％。烃表面活性剂实例包括可从Rhodia Chemicals(Cranbury，N.J.)或Stepan Company(Northfield，IL)商购的具有C8～C14的碳链长度的烷基硫酸盐；可从Stepan Company或Witco(Houston，TX)商购的具有2～4摩尔乙氧基化度、碳链长度为C8～C14的烷基醚硫酸盐；可从Rhodia Chemicals或Lonza Specialty Chemicals(Fair Lawn，N.J.)商购的具有C8～C14的碳链长度的烷基甜菜碱；可从RhodiaChemicals或Henkel Corp.(Cincinnati，OH)商购的具有C10～C14的碳链长度的烷基亚氨基二丙酸盐；以及可从Rhodia Chemicals商购的具有2～4摩尔乙氧基化度的乙氧基化辛基酚。再一次，基于烃表面活性剂的发泡性灭火剂的应用含量取决于预期的标称配合比。对于6％浓缩物，这些表面活性剂中的一种或多种的应用含量通常应当是1～10wt％；对于3％浓缩物，这些表面活性剂中的一种或多种的应用含量通常应当是1～15wt％；而对于1％浓缩物，这些表面活性剂中的一种或多种的应用含量通常应当是2～20wt％。关于耐醇的灭火泡沫浓缩物的水溶性聚合物实例包括瓜耳树胶、刺槐豆胶、藻酸盐(alignates)、阿拉伯树胶、黄原酸胶或其它生物树胶。本领域技术人员根据本公开内容将明白其它合适的发泡性灭火剂和水溶性聚合物。
用于本文公开的灭火泡沫材料中的多种合适的水溶性染料都是可商购的或可按已知方法制备的，而且在已知本文公开的益处的情况下对于本领域技术人员而言是显而易见的。水溶性染料优选在7.0～8.5的pH范围是稳定的。所述水溶性染料应当在灭火组合物中(至少在组合物的液体形式中，即，或者在发泡前或者在让发泡的样品松弛返回它的液态后)显示一种光谱性质。如本文应用的“光谱性质”表示染料颜色强度或辐射能(例如光)的吸收度或透射率。光谱性质优选具有与染料浓度在合适的范围成正比的可测定的值。水溶性染料的实例包括可从Paul Ulich & Co.(Hastings on Hudson，N.Y.)商购的苯甲酸甲基紫色淀，可从Tricon Colors，Inc.(Elmwood Park，N.J.)商购的Green Shade#19162，可从Sun Chemicals(Cincinnati，OH)商购的Diarylide Yellow或可从Chemetron Corp.(Holland，MI)商购的Phthalo Blue Lake G。在某些优选的实施方案中，染料浓度可以是0.0001～2wt％。本领域技术人员根据本公开内容将明白其它合适的染料。
在某些优选的实施方案中，可将二元醇醚加到所述浓缩物中。二元醇醚在灭火组合物中可以有利地起增泡剂的作用，可将它加到浓缩物的全部溶解的固体物中，它还可抑制浓缩物的凝固点。在某些优选的实施方案中二元醇醚的用量可在5～20wt％范围内。用于本文公开的灭火泡沫材料中的多种合适的二元醇醚都是可商购的或者可按已知方法制备的，而且在已知本文公开的益处的情况下对于本领域技术人员而言是显而易见的。二元醇醚的实例包括二甘醇单丁醚、乙二醇二丁醚和基于环氧丙烷的二元醇醚。
在某些优选的实施方案中，所述灭火泡沫浓缩物包含一种无机盐。无机盐可增大浓缩物的离子强度并增大浓缩物的全部溶解的固体物含量，还可有助于在软水体系中形成薄膜。无机盐的实例包括硫酸镁七水合物和尿素。本领域技术人员根据本公开内容将明白其它合适的盐。任选可包含其它添加剂，例如，润滑剂、表面活性剂、粘度调节剂、缓蚀剂、乳化剂或分散剂。这样的添加剂是可商购的或者可按已知方法制备，而且在已知本文公开的益处的情况下对于本领域技术人员而言是显而易见的。
按某些优选的实施方案，所述灭火泡沫浓缩物是通过将水溶性染料、二元醇醚和发泡性灭火剂与稀释剂(优选是水性稀释剂或其它合适的溶剂)混合而制备的。优选将染料溶于二甘醇丁醚。最终组合物中染料的浓度将与组合物中浓缩物的浓度成正比。然后将该混合物与发泡性灭火剂和优选与水混合。
实施例
下表详细阐述了本文公开的一个灭火泡沫浓缩物实施例，还有由该浓缩物形成的灭火组合物。更具体地说，表A示出了该浓缩物实例中各组分优选的范围和通过用稀释剂使浓缩物发泡而制备的泡沫组合物中相应的范围。
表A灭火泡沫浓缩物中的wt％灭火组合物中的wt％
烷基-氟表面活性剂 1～20 0.02～0.6
烃表面活性剂 1～20 0.02～0.6
水溶性染料 0.0001～2 0.000001～0.12
二元醇醚 5～20 0.5～3.48
水溶性聚合物 0～2.0 0～0.12
水 38～93 2.31～9.3
稀释剂 0 94～99
表B示出了灭火泡沫浓缩物的两个实施例。实施例1是为用于烃燃料(例如，汽油、煤油、喷气式发动机燃料和石脑油)上而设计的。将浓缩物与自来水按3∶97(v/v)混合，利用抽气喷嘴使它膨胀成泡沫。该泡沫符合Underwriters Laboratories(UL)，Standard for Safety UL 162Foam Equipment and Liquid Concentrates(第7版，1994年3月30日)中规定的所有灭火测试要求，其中应用庚烷作燃料。实施例2是为了用于极性燃料(例如，醇)设计的耐醇灭火浓缩物。将该浓缩物与自来水按6∶94(v/v)混合，利用抽气喷嘴使它膨胀成泡沫。该泡沫符合Underwriters Laboratories(UL)，Standard for Safety UL 162 FoamEquipment and Liquid Concentrates(第7版，1994年3月30日)中规定的所有灭火测试要求，其中应用异丙醇作燃料。
表B实施例1-灭火泡沫浓缩物中的wt％实施例2-灭火泡沫浓缩物中的wt％
Lodyne F-102 R(氟表面活性剂)6.06.0
Forafac 1157N(氟表面活性剂)02.0
辛基硫酸钠(烃表面活性剂)2.02.0
十二烷基亚氨基二丙酸盐(烃表面活性剂)5.05.0
二甘醇单丁醚(二元醇醚)12.012.0
乙氧基化辛基酚(烃表面活性剂)0.50.5
苯甲酸甲基紫色淀(水溶性染料)0.0040.005
黄原酸胶(水溶性聚合物)01.1
自来水(稀释剂)74.49671.395
当在室温下的气密容器内贮存时，所述浓缩物通常将长时间贮存，例如长达二十五年。在火灾现场，将灭火泡沫浓缩物计量入固定量的稀释剂再混合形成灭火组合物，然后，将它充气成泡沫，将泡沫应用到火上灭火。灭火泡沫浓缩物和稀释剂的混合也可在别处进行，再将灭火组合物输送到火灾现场充气成泡沫后应用到火上。还可将灭火泡沫浓缩物以预定的比率注入流动的稀释剂流，随后，将该液流充气成泡沫后应用到火上。通过自动或人工操作或其组合对灭火组合物进行混合、发泡和将灭火组合物应用到火上的方法是本领域技术人员已知的而且在给出本公开内容的情况下是显而易见的。稀释剂优选是水溶液，可以在从纯水到包含高浓度电解质和/或溶解的固体物的溶液(例如，海水)的范围内。本领域技术人员根据本公开内容将明白其它合适的稀释剂。
有利的是，在本文公开的灭火泡沫浓缩物优选实施方案中存在的水溶性染料为评定灭火组合物中灭火泡沫浓缩物的含量提供了一种方便、准确和廉价的方法。通常，在灭火组合物中至少一定的染料浓度范围内，灭火组合物的光谱性质将与灭火组合物中染料的浓度呈线性或大体上呈线性比例。因此，优选将灭火泡沫浓缩物中染料的量控制在预先选定的浓度范围内，以致当灭火浓缩物与稀释剂以适当比率混合而形成灭火组合物时，灭火组合物的光谱性质将在上述线性范围内。评价灭火组合物中灭火泡沫浓缩物的浓度所凭借的光谱性质可以是染料颜色强度，即，水溶性染料或者该染料与所述组合物中的其它生色组分一起确定的颜色强度。合适的方法还可包括光的一个或多个预定波长处吸光度或透光率的测定(这种测定或者通过目视观察并与预定标准物比较或者通过仪器测量)或者本领域技术人员根据本公开内容显而易见的其它方法。例如，可通过比色计与预定标准物比较而评价灭火组合物。光谱测量提供了灭火组合物中灭火泡沫浓缩物的实际浓度的量的指征。也可将该测量用作灭火泡沫浓缩物相对于所需量的量的指征，即，浓度是太高还是太低的指征。
在某些优选的实施方案中，所述浓度可以通过光谱测定法，将辐射能的吸收度或透射率与已知浓度的一个标准物或一组标准物进行对比来测定。采集灭火组合物的样品，任选发泡然后让它松弛，再将灭火组合物的吸光度或透光率与预定的一个标准物或预定的一组标准物进行对比。根据标准物与样品的吸光度或透光率的比率和标准物中已知的染料浓度，可测定样品中的染料浓度，而且根据它可以测定灭火组合物中灭火泡沫浓缩物的浓度。举例性的分光计包括可从Bausch和Lomb商购的Spectronic 20或Minispec 20。让仪器预热一段合适的时间后，将分光计的波长设定到分析样品中所含特定水溶性染料的适当分析波长。这样的分析波长通常由生产商提供，或者也可凭经验测定该分析波长，例如，通过收集样品的吸收光谱或透射光谱。适当的分析波长一般是最大吸收或透射的波长。优选地，所述水溶性染料将表现主分析波长和合适的次分析波长。如果在主分析波长处存在一定的干扰，例如，在该波长处被空白吸收，就应当选择这样的次分析波长。对本领域技术人员而言，在已知本文公开的益处的情况下，测定合适的分析波长的适当手段和方法将是显而易见的。
如前所示，用于本文公开的方法中的适当分光计包括可从Bausch和Lomb商购的Spectronic 20。现在举例描述Spectronic 20仪器的使用。让仪器预热一段合适的时间并将分光计的波长设定到所需分析波长之后，将Spectronic 20的模式设定在透光率，而且在样品池中没有样品管的情况下，用调零旋钮将透光率设定在0％。然后将空白样放入样品管。空白样优选包含用来稀释所述浓缩物的稀释剂。将盛有空白样的样品管放入Spectronic 20的样品池，再用透光率调节旋钮将透光率设定在100％。此时可任选将模式转向吸光度。将样品放入样品管再插入样品池，然后读取并记录透光率或吸光度。最后，将预定的标准样放入样品管，插入样品池，然后读取并记录标准样的透光率或吸光度。标准样优选包含按已知浓度混合的、实际的染料染色的浓缩物和用来配制待分析的灭火组合物的同一种稀释剂。在某些优选的实施方案中，按该方式制备一组或一系列标准样，该组的每一个标准样包含一个不同的灭火浓缩物浓度。该组或该系列标准样一起优选包括所需浓度的灭火组合物。通过将该组标准样的每一个标准样的吸光度或透光率值对它相应的灭火泡沫浓缩物浓度描点而制作校正曲线。然后，通过将样品的吸光度或透光率值在校正曲线上描点而测定灭火组合物中灭火泡沫浓缩物的浓度。与样品的吸光度对应的浓度就是灭火组合物的浓度。对本领域技术人员来说，在知道该公开内容的情况下，通过测量对应于水溶性染料的量的灭火组合物光谱性质而测定灭火组合物中浓缩物浓度的其它适当方法将是显而易见的。
这种评价灭火组合物中灭火泡沫浓缩物浓度的方法有很多优点。这种评价的传统方法一直是借助组合物的折射率或电导率，这两种方法都缺乏准确性，特别是当稀释剂是海水或是包含高含量溶解的固体物或电解质的其它水时。将例如二元醇醚和无机盐这样的组分以更高含量加到现在已知的浓缩物中而增大浓缩物的折射率或者总的离子强度或电导率，在浓度测定中提供提高的准确性。本文公开的方法消除了这样的问题。因此，相对于现在已知的浓缩物来说可以降低二元醇醚和无机盐的浓度。按本发明优选的实施方案，利用染料颜色强度来测定浓度，所以不需这些高含量的二元醇醚和无机盐，于是减小了生产成本。可在发泡前和/或发泡后(通过使泡沫松弛返回液态形式并在那里及时取样而进行)分析灭火组合物。利用有色染料的其它优点包括但不限于：容易利用火灾中特定类型泡沫浓缩物的颜色来鉴别；容易确定半透明喷射器测量管(pick-up tube)内已经形成浓缩物流动。对精通灭火泡沫设备和操作方法的人员而言，在知道本文公开内容的情况下，其它优点将是显而易见的。
前文只是通过实施例显示并描述了本发明的组合物和方法的不同的说明性实施方案。可以预料，本领域技术人员根据本公开内容将会想到对描述的这些组合物和方法的改变，而且在不偏离本发明的精神或附后权利要求书的范围的情况下进行这样的修饰和改变。