[0001] 本发明涉及森林水系灭火剂技术领域，尤其涉及一种森林水系无机盐阻灭火剂的制备方法及应用。

[0002] 随着全球气温不断攀升，森林火灾发生更加频繁，且火灾规模也越来越大，导致森林火灾扑救难度日益剧增。因此，在自然资源保护过程中，如何对森林火灾进行有效地防范和扑救成为了当前研究人员关注的热点。

[0003] 当前，用于森林灭火的阻灭火剂主要分为卤代烷阻灭火剂、干粉阻灭火剂、泡沫阻灭火剂和水系阻灭火剂。其中，用于森林灭火的高效卤代烷阻灭火剂由于其在灭火过程中，产生大量的有毒气体，对臭氧层、生态环境及生命健康影响较大，其应用已经受到明显限制。其次，干粉阻灭火剂在扑救森林火灾过程中，喷洒有效性较低，且未分解的干粉会覆盖在可燃物表面，残留的药剂会堵塞叶片气孔，对森林资源再次造成损害。而对于泡沫阻灭火剂，其制备成本相对较高，在扑救森林火灾过程中往往需要大量使用，造成灭火成本的显著增加，且泡沫阻灭火剂所释放出泡沫大多具有质轻的特点，在森林火灾扑救过程中，难以有效喷洒到燃烧区域。因此，相比于传统的卤代烷、干粉和泡沫灭火剂，水系森林灭火剂由于其具有制备工艺方便、绿色环境友好、灭火效率高、吸热能力强的优点，近年来得到了迅速地发展。

[0004] 目前，常用的水系森林阻灭火剂的添加剂主要以磷酸盐、聚磷酸盐、硫酸盐及无机助剂为主，其喷洒在森林可燃物表面具有催化成炭及稀释可燃物挥发浓度的作用，从而抑制森林可燃物燃烧。我国现有的75型森林灭火剂是以硫酸铵和磷肥为灭火主剂，洗衣粉为润湿剂，白土为增稠剂，在制备过程中需先将白土充分混合后再加入磷酸三钠和其他试剂2
充分搅拌，制备过程繁琐，且该灭火剂的受药量达400‑600g/m 才能满足相应的灭火效率。
除此之外，上世纪末发明的82‑3型森林灭火剂的灭火主剂为水氯镁石，洗衣粉为润湿剂，膨润土为增稠剂，然而，水氯镁石在受热过程中分解产生氯化氢和氯气，给环境和生命健康造
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成严重威胁，此外，当其受药量达450g/m才能满足森林阻灭火的需要。综上，当前水系森林灭火剂存在着阻灭火效率不高、浸润铺展性和附着性能差，喷洒有效率性低等问题。针对以上问题，急需开展适用于我国当前森林火灾的高效浸润和灭火效率优异的新型水系森林灭火剂。

[0005] 本发明是要解决现有森林水系灭火剂阻灭火效率不高、浸润铺展性和附着性能较差的问题，提供一种森林水系无机盐阻灭火剂的制备方法及应用。

[0006] 本发明森林水系无机盐阻灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

[0007] 一、首先称取羧甲基纤维素钠(CMC‑Na)，在室温下，将羧甲基纤维素钠加入蒸馏水中，搅拌至CMC‑Na完全溶解，然后再加入辛癸基葡糖苷(APG)，搅拌分散5～8min，得到粘稠混合液；

[0008] 二、称取次磷酸铵和磷酸铵，依次加入至步骤一得到的粘稠混合液中，搅拌至溶解，然后将pH调节至8.3～8.4，得到森林水系无机盐阻灭火剂。

[0009] 进一步的，步骤一中粘稠混合液中羧甲基纤维素钠的浓度为0.4～0.5wt％。

[0010] 进一步的，步骤一中粘稠混合液中辛癸基葡糖苷的浓度为0.8～1wt％。

[0011] 进一步的，步骤二粘稠混合液中次磷酸铵的浓度为15wt％～16wt％。

[0012] 进一步的，步骤二粘稠混合液中磷酸铵的浓度为4wt％～5wt％。

[0013] 进一步的，步骤二中使用碳酸铵调节pH值。

[0014] 本发明的森林水系无机盐阻灭火剂在阔叶林阻火和灭火中的应用。

[0015] 本发明的有益效果：

[0016] 与当前常用的森林水系灭火剂相比，本发明以次磷酸铵(AHP)和硫酸铵(AS)为阻灭火主剂，阻灭火剂的制备工艺简便，可即配即用，且对环境影响较小，主要成分中的磷、氮元素可作为植物生长过程中的养分。随着生物基增稠剂和表面活性剂的引入，其在森林可燃物表面具有良好的粘附性和浸润性。由于AHP和AS的协同作用，其可通过凝聚相中催化成炭和气相稀释及自由基捕获作用发挥该水系森林阻灭火体系的效果。因此，本发明的阻灭火主剂仅引入20wt％的添加量，就可以对森林可燃物达到优异的阻灭火性能，显著提高了传统森林水系阻灭火剂的阻灭火效率。

[0017] 本发明制备的森林水系无机盐阻灭火剂的粘度约为50mPa·s，与传统的森林灭火剂相比，由于生物基增稠剂的引入，使其具有相对较高的粘度。因此，该灭火剂在喷洒过程中的有效性更佳，不易受森林环境的影响。而且通过引入浸润剂后，该灭火剂对森林可燃物表面拥有更好的浸润铺展性。此外，本发明森林水系无机盐阻灭火剂的pH为8.3～8.4，满足了GB 17835‑2008《水系灭火剂》喷洒的pH要求，有利于其实际推广应用。

[0018] 本发明的森林水系无机盐阻灭火剂对阔叶林具有优异粘附性能和灭火效率的同时，其具有更加出色的阻火性能，适用于大型的森林火灾防控，同时其更方便运输储存，具有更强的实用性。附图说明

[0019] 图1为本发明步骤一中粘稠混合液的制备流程图；

[0020] 图2为本发明森林水系无机盐阻灭火剂的制备流程图；

[0021] 图3为水和森林水系无机盐阻灭火剂在Qm落叶和Bp落叶表面的接触角；

[0022] 图4为阻灭火剂附着性能测试装置；

[0023] 图5为Qm落叶和Bp落叶对水和森林水系无机盐阻灭火剂的附着性能；

[0024] 图6为阻火效率测试平台；

[0025] 图7为实施例1和实施例2制备的灭火剂及水对Qm落叶和Bp落叶阻火测试热红外成像动态图；

[0026] 图8为实施例1和实施例2制备的灭火剂及水处理的Qm落叶和Bp落叶质量损失率；

[0027] 图9为森林水系无机盐阻灭火剂对Bp木灭火过程火焰形态变化及灭火性能；

[0028] 图10为森林水系无机盐阻灭火剂对Bp木灭火过程中温度实时监控。

[0029] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0030] 具体实施方式一：本实施方式森林水系无机盐阻灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

[0031] 一、首先称取羧甲基纤维素钠(CMC‑Na)，在室温下，将羧甲基纤维素钠加入蒸馏水中，搅拌至CMC‑Na完全溶解，然后再加入辛癸基葡糖苷(APG)，搅拌分散5～8min，得到粘稠混合液；

[0032] 二、称取次磷酸铵和磷酸铵，依次加入至步骤一得到的粘稠混合液中，搅拌至溶解，然后将pH调节至8.3～8.4，得到森林水系无机盐阻灭火剂。

[0033] 本发明针对阔叶林以次磷酸铵(AHP)、硫酸铵(AS)作为为森林阻灭火主剂，引入生物基浸润剂辛癸基葡糖苷(APG)和羧甲基纤维素钠(CMC‑Na)作为润湿剂和增稠剂，通过引入碳酸铵(AC)对阻灭火体系的pH进行调节，从而制备一种高效的水系无机盐森林阻灭火剂，其不仅对阔叶林落叶具有良好的浸润粘附性，而且灭火主剂AHP和AS在灭火过程中，可产生大量的惰性气体和含磷自由基，有效地在气相中发挥了抑制作用，从而降低了火的燃烧强度。该新型森林灭火剂解决了传统水系森林灭火剂阻灭火效率不高、喷洒有效性低、浸润粘附性差的问题，在阔叶林森林火灾防控领域具有广阔的应用前景。

[0034] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中粘稠混合液中羧甲基纤维素钠的浓度为0.4wt％～0.5wt％。其它与具体实施方式一相同。

[0035] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中粘稠混合液中辛癸基葡糖苷的浓度为0.8wt％～1wt％。其它与具体实施方式一或二相同。

[0036] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二粘稠混合液中次磷酸铵的浓度为15wt％～16wt％。其它与具体实施方式一至三之一相同。

[0037] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二粘稠混合液中磷酸铵的浓度为4wt％～5wt％。其它与具体实施方式一至四之一相同。

[0038] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中使用碳酸铵调节pH值。其它与具体实施方式一至五之一相同。

[0039] 具体实施方式七：本实施方式森林水系无机盐阻灭火剂在阔叶林阻火和灭火中的应用。

[0040] 下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0041] 实施例1：

[0042] 本实施例森林水系无机盐阻灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

[0043] 一、森林阻灭火浸润粘附体系的制备

[0044] 首先称取羧甲基纤维素钠(CMC‑Na)，在室温下，将羧甲基纤维素钠以多次少量加料的方式加入至装有蒸馏水的烧杯中，搅拌至CMC‑Na在蒸馏水中完全溶解，然后再向烧杯中加入辛癸基葡糖苷(APG)，搅拌分散5min，得到粘稠混合液，即为森林阻灭火浸润粘附体系。粘稠混合液中CMC‑Na的浓度为0.5wt％，APG的浓度为1wt％。

[0045] 随着CMC‑Na和APG的引入，使得森林阻灭火母液具有一定粘度的同时，展现了良好的铺展性，为下一步制备高浸润和粘附性强的水系森林阻灭火剂提供了良好的支撑。步骤一森林阻灭火浸润粘附体系的制备过程如图1所示。

[0046] 二、森林水系无机盐阻灭火剂的制备

[0047] 称取次磷酸铵和磷酸铵，依次加入至步骤一得到的粘稠混合液中，搅拌至溶解，然后加入碳酸铵将pH调节至8.3，得到森林水系无机盐阻灭火剂。其中粘稠混合液中次磷酸铵的浓度为15wt％，磷酸铵的浓度为5wt％。

[0048] 进行封装后，运输至森林火灾区域进行使用。森林水系无机盐阻灭火剂的制备流程如图2所示。

[0049] 实施例2：

[0050] 本实施例森林水系无机盐阻灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

[0051] 一、森林阻灭火浸润粘附体系的制备

[0052] 首先称取羧甲基纤维素钠(CMC‑Na)，在室温下，将羧甲基纤维素钠以多次少量加料的方式加入至装有蒸馏水的烧杯中，搅拌至CMC‑Na在蒸馏水中完全溶解，然后再向烧杯中加入辛癸基葡糖苷(APG)，搅拌分散5min，得到粘稠混合液，即为森林阻灭火浸润粘附体系。粘稠混合液中CMC‑Na的浓度为0.5wt％，APG的浓度为1wt％。

[0053] 二、森林水系无机盐阻灭火剂的制备

[0054] 称取次磷酸铵和磷酸铵，依次加入至步骤一得到的粘稠混合液中，搅拌至溶解，然后加入碳酸铵将pH调节至8.3，得到森林水系无机盐阻灭火剂。进行封装后，运输至森林火灾区域进行使用。其中粘稠混合液中次磷酸铵的浓度为16wt％，磷酸铵的浓度为4wt％。

[0055] (一)森林水系无机盐阻灭火剂的润湿铺展性能测试

[0056] 在室温下，将实施例1的森林水系无机盐阻灭火剂和水分别缓慢滴落在不同阔叶落叶表面，通过德国 科技公司的DSA100S接触角测试仪拍下液滴滴落后在落叶表面的形貌，并通过接触角测试仪测量液滴和落叶表面之间的接触角。

[0057] 森林水系无机盐阻灭火剂在蒙古栎(Qm)落叶和白桦(Bp)落叶润湿铺展性能接触角照片如图3所示。图3中a为水在Qm落叶表面的接触角，b为森林水系无机盐阻灭火剂在Qm落叶表面的接触角，c为水在Bp落叶表面的接触角，d为森林水系无机盐阻灭火剂在Bp落叶表面的接触角。

[0058] 非常明显，由于落叶表面蜡质层的存在，水在Qm落叶和Bp落叶表面的接触角达107.7°和104.8°，呈现明显的疏水性，不利于森林水系阻灭火剂在树叶上的存留，从而导致森林水系阻灭火剂的阻灭火效率降低，增加阻火成本。而相比于纯水，森林水系无机盐阻灭火剂在Qm落叶和Bp落叶的接触角降低至47.4°和47.8°，在Qm落叶和Bp落叶表面展现了优异的浸润性能。这表明，随着浸润粘附剂APG和CMC‑Na的引入，提高了森林水系无机盐阻灭火剂对Qm落叶和Bp落叶的润湿铺展能力，对于减少阻灭火剂的喷洒量，增强其阻灭火效能具有积极的意义。

[0059] (二)森林水系无机盐阻灭火剂在森林物质上的附着性能测试

[0060] 为了研究森林水系无机盐阻灭火剂在森林物质上的附着性能，本实验搭建了一个森林水系无机盐阻灭火剂附着性能测试装置，结构示意图如图4所示。所述附着性能测试装置由储液器1、玻璃圆柱3和烧杯4构成，储液器1的下方设置有玻璃圆柱3，储液器1通过管道与玻璃圆柱3的中心轴位置连通，储液器1与玻璃圆柱3之间设置有阀门2，玻璃圆柱3的底部设有出液口，出液口的下方放置一个烧杯4。储液器1的容积为50mL。玻璃圆柱3的尺寸为：内径27mm，外径30mm，长150mm。

[0061] 首先向玻璃圆柱3中放入5g经过统一干燥处理的落叶，并采用电子天平称取玻璃圆柱3的重量，称取20g的待测液，倒入储液器1中，并在储液器1下方放置烧杯4盛装从玻璃圆柱3流出的待测液。测试开始时，打开储液器阀门2，使待测液均速缓慢流出。待玻璃圆柱3下方不再流出液体后，采用电子天平称取并记录玻璃圆柱3的增重。

[0062] Qm落叶和Bp落叶对水和实施例1的森林水系无机盐阻灭火剂的附着性能如图5所示，水对Qm落叶和Bp落叶的附着能力最弱，在附着性能测试后，只能在Qm落叶和Bp落叶中残存42.6％和29.6％。而森林水系无机盐阻灭火剂在Qm落叶和Bp落叶中展现了良好的浸润附着性，在附着性能测试后，其在Qm落叶和Bp落叶的吸附量达176.2％和114.8％。这表明，随着浸润粘附剂APG和CMC‑Na的引入，增强了森林水系无机盐阻灭火剂的粘附性和浸润铺展性，延长了其阔叶林表面的停留时间，从而有效的提升了森林水系无机盐阻灭火剂对阔叶林的阻火效果。

[0063] (三)森林水系无机盐阻灭火剂的阻灭火性能分析

[0064] 1、阻火测试模型搭建

[0065] 本实验搭建了一个阻火效率测试平台，如图6所示。在实验中，首先在长方形火盆中放置一定量经过统一干燥处理后的阔叶落叶，然后采用喷雾设备将森林水系无机盐阻灭火剂均匀喷洒在阔叶落叶上，之后在火盆的一端放置一定量的干燥阔叶落叶作为引燃部分，然后采用喷火枪点燃引燃部分，引燃时应保证火线呈直线平行向前推进，同时利用秒表记录燃烧实验时间，采用热红外成像仪跟踪燃烧过程的热红外成像图，记录实验温度动态变化，待火焰完全熄灭后，采用电子天平称得最后的剩余重量，记录损失重量。

[0066] 2、森林水系无机盐阻灭火剂对阔叶林落叶的阻火性能分析

[0067] 利用图6中所搭建的阻火测试模型测试森林水系无机盐阻灭火剂对蒙古栎(Qm)和白桦(Bp)落叶的阻火性能。表1为森林水系无机盐阻灭火剂的配方，其中27‑A代表实施例1制备的灭火剂，27‑B代表实施例2制备的灭火剂。

[0068] 表1森林水系无机盐阻灭火剂各成分比例

[0069]

[0070] 实施例1和实施例2制备的灭火剂及水对Qm落叶和Bp落叶阻火测试热红外成像动态图如图7所示。实施例1和实施例2制备的灭火剂及水处理的Qm落叶和Bp落叶质量损失率如图8所示。实验结果表明，用水做阻火处理的Qm落叶在燃烧进行80s后，500℃以上的高温区域迅速蔓延到火盆的中后段，火盆中所有的Qm落叶完全被火焰波及到，燃烧测试后，Qm落叶的质量损失率达87.9％。通过森林水系无机盐阻灭火剂27‑A对于Qm落叶进行阻火处理后，在燃烧进行80s后，500℃以上的高温区域面积越来越少，且火势更加靠近火盆的中前段，在燃烧进行到200s时，相比于水处理的Qm，森林水系无机盐阻灭火剂27‑A处理的Qm落叶在400℃的高温区域的面积明显减少，这表明森林水系阻灭火剂27‑A在Qm落叶中具有优良的阻火效率。用水处理过的Bp落叶，火盆中部分明显被火焰波及到，在点燃260s以后Bp落叶仍有区域高于300℃的高温，说明单独水对Bp落叶阻火效果有限，其质量损失率达45.6％。而通过森林水系阻灭火剂27‑B对Bp落叶进行阻火处理后，在燃烧进行200s时，除引燃段部分外，几乎无高温区域，且森林水系阻灭火剂27‑B处理过的Bp落叶几乎无质量损失。这表明本发明森林水系阻灭火剂对Qm和Bp落叶都具有良好的阻火性能。

[0071] 3、森林水系无机盐阻灭火剂的灭火性能测试

[0072] 为了进一步分析本发明森林水系无机盐阻灭火剂对阔叶林的灭火性能，通过木垛法对森林水系无机盐阻灭火剂进行了测试。

[0073] 灭火性能测试采用的木垛为阔叶林白桦木条，尺寸为2cm×2cm×20cm，垒成3层，每层3条，共9条，垒成20cm×20cm×6cm的木垛。木垛下方放好盛有10g酒精的结晶皿来点燃木垛，结晶皿的尺寸为：半径15cm高7cm。选择空压机作为喷洒的动力(压力＝1.2MPa)，使用的喷头为精密雾化喷头，喷头距木垛上表面距离为45cm。通过红外热成像用来检测各个时间火焰的形貌，监测木垛不同时间不同位置的温度变化。并记录灭火所需要的时间。

[0074] 森林水系无机盐阻灭火剂对Bp木灭火过程火焰形态变化及灭火性能如图9所示，图9中第一行图片为水对Bp木灭火过程火焰形态变化，第二行为森林水系无机盐阻灭火剂对Bp木灭火过程火焰形态变化。森林水系无机盐阻灭火剂对Bp木灭火过程中温度实时监控如图10所示，图10中第一行图片为水对Bp木灭火过程中温度实时监控，第二行为森林水系无机盐阻灭火剂Bp木灭火过程中温度实时监控。从图9和10中可以看出，纯水对木垛进行灭火，明火熄灭时间为12s，红外成像实时分析表明500s后木垛仍保持300℃的高温，木垛阴燃时间达406s。随着森林水系无机盐阻灭火剂替代传统水进行灭火，木垛火熄灭时间明显降低，与纯水相比降低了近10s，极大的提高的灭火效率。且森林水系无机盐阻灭火剂处理后木垛的阴燃时间仅为410s，与纯水相比，木垛的阴燃时间降低了176s。这表明森林水系无机盐阻灭火剂除了对阔叶具有优异阻火性能的同时，其对阔叶林也具有出色的灭火性能。

[0075] 与传统森林水系灭火剂相比较，本发明制备的森林水系无机盐阻灭火剂的优势为：1)本发明森林水系无机盐阻灭火剂以次磷酸铵和硫酸铵为灭火主剂，其主要元素为磷、氮，可以为植物生长提供一定的养分，且均不含卤素，属于环境友好型阻燃剂；2)通过引入APG作为浸润剂，其是公认的可降解的环境友好型表面活性剂，不仅降低了森林水系无机盐阻灭火剂的界面张力，还使得森林水系无机盐阻灭火剂在阔叶林的阻灭火过程中具有更加优异的润湿性，且对环境无危害；3)CMC‑Na作为生物基增稠剂，增加了体系的粘度并降低了其固液界面的界面张力，使得森林水系无机盐阻灭火剂在阔叶林的阻灭火中具有更加优异的粘附性；4)灭火主剂次磷酸铵和硫酸铵在受热过程中会产生大量惰性气体和含磷自由基，其可以在气相中发挥稀释作用，并捕获阔叶林燃烧过程中产生的H·、O·、HO·，还可在凝聚相中促进阔叶林可燃物的炭化，从而赋予了森林水系无机盐阻灭火剂优异的阻灭火性能；5)本发明的生产过程简单，即配即用，只需按照灭火需要配置至所需浓度，封装投入实际使用中，也可长期储存，应用便捷。综上，该森林水系无机盐灭火剂解决了传统森林水系灭火剂灭火效率不高、喷洒有效性低、浸润附着性差、对设备腐蚀性强等问题，在当前森林火灾的防控过程中具有广阔的应用前景。