F-500微胞囊灭火剂灭火机理及其应用
王丽敏
中国人民武装警察部队学院消防指挥系  河北廊坊 065000
邵峰个人资料
摘要：本文介绍了F-500微胞囊灭火剂的灭火机理，既降低水的表面张力，增强渗透及扩展能力；快速降温及形成和保持微胞，消除维持燃烧或爆炸的基本条件；中断自由基链式反应，使得灭火速度快，效率高。同时又介绍了其在扑救A、B类火灾、个人防护服装清洗、油田清舱、油舱、储罐清洗等领域的应用。
关键词：F-500灭火剂  微胞囊技术  消防应用
1.前言
目前国内外常用的灭火剂有水、泡沫灭火剂、干粉灭火剂、二氧化碳灭火剂、金属灭火剂等。水的冷却作用较好，而且廉价，是目前使用最广泛的灭火剂，但由于水表面张力小，较好的流动性降低了其对可燃物质的冷却作用，表面张力小使得水对于某些可燃物质的润湿性
较差，不能充分发挥水的灭火效能。泡沫灭火剂是一种水系灭火剂，利用冷却作用、覆盖隔离作用和窒息作用来灭火，主要用于油品火灾。干粉灭火剂依靠化学抑制作用灭火，灭火效率高，速度快，但由于干粉灭火时对燃烧物的冷却作用小，容易引起复燃，通常需与泡沫灭火剂联用。二氧化碳灭火剂是利用被液化的二氧化碳在喷射过程中吸收大量的热量及稀释可燃气体的作用来扑救火灾，可用于扑救A、B、C类火灾，但二氧化碳灭火剂高压储存时压力太高，低压储存时需要制冷设备，储存成本高且灭火浓度大。此外,二氧化碳在膨胀时能产生静电放电，有可能引起着火。综上所述，目前广泛使用的灭火剂都存在着这种或那样的缺陷，因此，随着科技的不断发展，研究新型的、性能更完善的、无毒无公害的新型灭火剂是一个新的课题。本文介绍一种新型的灭火剂——F-500微胞囊灭火剂，对其灭火机理及应用进行介绍。
2.灭火机理
“F-500”灭火功能，体现于微胞囊原理。“F-500”是以其与水的混合液，通过雾化喷射降低水的表面张力，实现对燃烧物充分的覆盖，在燃烧物的液相和气相分子周围形成微胞囊，使燃烧物惰化，以其高分子量粒子吸收自由基的能量，加强对燃烧物结构的渗透，迅速降低燃烧温度，抑制燃烧的链式反应，改变物质燃烧性状的灭火原理。
F- 500灭火剂是将微胞囊技术运用到消防领域的一种新型、高效、防爆、环保的灭火剂。具有快速扑灭固体和液体火灾，迅速降温，消除浓烟，降低爆炸性气体浓度，中和燃油等功能。F- 500灭火机理依赖于三个主要机制：降低表面张力、形成微胞、中断自由基。
2.1降低水的表面张力
由于水具有热容量及汽化热较大的物理性质，水灭火剂的灭火作用以冷却作用为主。F-500灭火剂是一种水系灭火剂，通过降低水的表面张力，增大了水的扩散面积，使得冷却作用发挥的更佳。有资料[1]表明，F-500灭火剂把水的表面张力从72 dyn/ cm 2 降低到小于33 dyn/ cm 2 (1 dyn/ cm 2= 0.1 N /m 2 )，这就使得更小水滴的形成，扩大了其比表面积，水的使用量可以减少而且冷却效果更好。同时表面张力的降低还增加了水的润湿表面积和水对固体燃料表面孔隙的渗透能力，加快了水的吸热反应，可以迅速降低火场温度。F—500通过与水按适当比例混合，快速均匀地喷洒在燃烧物表面，其效果是普通水的6～10倍。
2.2 F-500 具有两亲性分子结构
  F-500 是一种两亲性表面活性剂分子，它具有一个极性端(亲水) 和一个非极性端(疏水)。
极性端是可溶于水的，而非极性端不溶于水。当极性端溶解在水滴中，非极性端却排斥水分子， 而寻求其它分子(即燃料) 和辐射能(即热量)。因此，F-500具有如下性质：
(1) 快速降温
F-500 独特的分子结构的第一个优点是快速的热量吸收。F-500 分子的非极性端从水滴中伸出，当水滴集中作用在火上，F-500 分子充当了一个吸热设备，通过分子将它传到溶解在水滴内部的极性端。一旦热量被传送到溶解在水滴中的F-500 极性端，极性端加热水滴内部的分子并将它们转变为蒸汽，从而导致了快速的降温，同时产生很少的蒸汽。根据克莱姆大学测试结果[2]表明，F- 500 可在使用后1秒钟内将辐射热从625℃降到53℃，由于热量的快速削减，大大降低了周围结构的自燃和燃烧的危险。
(2) 微胞的形成和保持
F-500 独特的分子结构的第二个优点是微胞的形成和保持。F-500分子的非极性尾端(疏水) 从水滴中突出，寻求其它分子，比如燃烧过程释放出来的烃类分子。当F-500水滴聚合，突出的非极性尾端围绕烃类分子，基本上把燃烧四要素的燃料元素包裹在球形微胞内(包裹对
液相和气相燃料都有效)。一F-500分子排列在一组烃类分子周围，形成了一个球形微胞“化学茧”。微胞外表面带有负电荷，使它们互相排斥(就像电荷排斥)，烃类分子分散在水中，浓度过低而不能支持燃烧。这种化学包裹燃料的特殊方法提供给用户许多优势。F-500微胞包裹无论液相还是气相的燃料，使液体不可燃，气体不会爆炸。
（3）中断自由基链式反应
  对于有焰燃烧，燃烧过程中会产生大量自由基，而自由基高速碰撞燃料，便能释放出热量和更多的自由基，这就建立了一种传播燃烧过程的链式反应。这些自由基是维持燃烧持续进行的必要条件。如果这些自由基能够被消耗，燃烧四要素中的链式反应被破坏，那么有焰燃烧也就中止了。 F-500因为其高分子量, 在碰撞过程中吸收自由基的能量, 从而抑制链式反应。当燃烧系统的能量因为自由基的高能量被吸收而减少，燃烧就停止。
综上所述，F-500同时作用于燃烧四要素的三个元素。因此其灭火效率高，抗复燃能力强。尤其独特的是，F-500能够在燃料分子周围形成和保持微胞，把燃料变成了不可燃材料，从根本上消除了维持燃烧或爆炸的基本条件。
3.F-500在消防领域的应用
F-500浓缩液是无腐蚀、可完全生物降解、无危险的合成浓缩液，用水稀释后使用于灭火设备，固定或移动系统。由于药剂或产品可能不相容，在装入F-500之前，药剂储罐须排尽任何泡沫或湿润剂。
3.1对于A、B类火灾的扑救
由于F-500的快速降温作用及表面张力降低的特性，使得F-500在A类物质表面的润湿面积增大，同时又具有很好的渗透能力，因此对于材料表面存在微孔的A类物质（如木材、纸张、棉花等）火灾效果显著。F-500灭火剂的两亲性及独特的微胞结构，使得其非极性端寻求烃类等非极性物质，这样使得非极性物质被包裹于F-500分子中，同时极性端由于带有相同电荷而互相排斥，降低了易燃易爆气体浓度。有资料表明，F-500灭B类火的时间与原液消耗是泡沫灭火剂的六到十分之一，如果是A类火，加百分之一的话，灭火效果可以提高20到30倍。通常来说，对于所有A类火灾（如荒地、汽车、建筑物、轮胎、木材、纸张、干草、稻草、棉花、玻璃纤维、垃圾捣碎机等）F-500的建议使用浓度为1%。F-500以3%和6%的浓度用在B类极性和非极性溶剂。通常的原则是，汽油、航空燃油、庚烷等液体可以使用3%的浓度扑灭，而甲醇，甲基叔丁基醚和可以用6%比例的F-500扑灭。F-500可充装于灭火器内使用。
3.2 火场排烟
由于F- 500中断自由基的连锁反应，使得自由基无法因结合形成烟灰和烟雾。根据克莱姆大学对橡胶燃烧使用F- 500后的试验数据，可将能见度和光透射率提高68%，空气传播的非充分燃烧产生的有毒微粒减少97%。因此，可用于火场排烟，为灭火救援及人员逃生提供更有利的条件。
3.3 清洗个人防护装备
当消防队员处置完有毒有害气体泄漏等事故时，为加强消防队员的健康和安全通常要对消防队员的个人防护服装、所使用的消防装备进行洗消。目前所使用的洗消剂的功效都是有限的，此时选用3%浓度的F-500，就可以用来中和个人防护服等装备上的碳氢化合物类材料。F-500不会损伤硬件如个人安全报警系统设备，自给式呼吸器，面具或背包等。F-500是无腐蚀和无危险的，因此，可以把对消防队员的伤害威胁和健康风险减至最低。
3.4清洗油仓、储罐或管线
F-500的作用不单单是灭火，对于大型油罐、管线的清洗，它的清洗的效果比较明显。可以
作为一种高级环保型清洁剂，其特点是：高效、安全、环保。将F-500与清水、盐水混合使用，但温水、热水效果最好，因为温水更有利于形成微胞可以将更多的烃类分子被包裹住。这样清洗油仓、储罐或管线过程中的油污及产生的易燃易爆气体被同时清除，而不会散发至大气空间。F-500的使用浓度通常为3%-6%。清洗油仓、储罐或管线时可以采用浸没法、雾化法、蒸汽法和喷涂法等方法。加入F-500的特点是，油污及易燃易爆气体迅速被清除，可大大加快清洗作业，因而缩短停产时间。其中喷涂法适用于清除罐壁及底部的油污，将F-500溶液喷涂在罐壁及底部。该方法不太适用于减少已在空气中形成的烃类气体。
F-500除用于灭火外，还可用于矿山、煤矿的井下灭火，因为它降温速度非常快。F-500 还能大量减少烟雾, 提高了消防员的能见度和安全性。因此，作为一种新型灭火剂，F-500的使用会越来越广泛。F-500 大量减少烟雾的能力, 提高了消防员的能见度和安全性。对燃烧的橡胶轮胎使用F-500 后表明，能见度和透光率提高了68%。F-500 为消防队员提高可见度和安全性, 同时减少烟灰和燃烧副产物的毒性, 这些特点允许消防队员进行更接近的、更积极的和更安全的灭火。
参考文献：
1. 徐邵峰. 微胞囊技术及产品F-500多功能灭火剂.消防技术与产品信息，2005,8:72-74.
2. 汪远,张经纬,蔡振仲.船舶火灾的克星F-500微胞囊灭火技术.水上消防,2007,4:42-43.
The fire mechanism and application of F-500 microcapsule extinguishing agent
Wanglimin
Department of Fire Fighting Command Academy, The Chinese people's Armed Force Academy, Langfang, Hebei Province 06500, China
Abstract：This paper introduces the mechanism of the F-500 extinguishing agent: reduces surface tension of water, increasing surface coverage and penetrating deep in to pores of Class A materials ; reduces heat rapidly and forms microcapsule, eliminating the basic maintenance conditions of combustion or explosion; interrupts the free radical chain reaction of combustion. The mechanism makes fast and efficient of putting out a fire. Simultaneously, the paper introduces the extinguishing agent applications of the fighting A, B-type fire, cleaning personal protective clothing, oil tank and etc.