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        一種高穩(wěn)與高抗燒性凝膠泡沫基礎配方的研究

        2017-10-11 08:17:38朱亮楊小鳳蔣新生呂科宗
        當代化工 2017年9期
        關鍵詞:發(fā)泡劑半衰期水玻璃

        朱亮,楊小鳳,蔣新生,呂科宗

        (1. 后勤工程學院 國防建筑規(guī)劃與環(huán)境工程系, 重慶 401311; 2. 后勤工程學院 軍事供油工程系, 重慶 401311)

        一種高穩(wěn)與高抗燒性凝膠泡沫基礎配方的研究

        朱亮1,楊小鳳1,蔣新生2,呂科宗2

        (1. 后勤工程學院 國防建筑規(guī)劃與環(huán)境工程系, 重慶 401311; 2. 后勤工程學院 軍事供油工程系, 重慶 401311)

        以膠凝劑水玻璃、交聯(lián)劑小蘇打、三種發(fā)泡劑為原料制備一種高穩(wěn)與高抗燒性的凝膠泡沫基礎配方,采用單因素交聯(lián)試驗與四因素三水平正交試驗研究水玻璃交聯(lián)體系與復配發(fā)泡劑,并分析了水玻璃交聯(lián)體系在用不同交聯(lián)劑時對膠凝結果的影響,發(fā)泡劑各組分對發(fā)泡體積和半衰期的影響,最后采用小尺度抗燒試驗評價凝膠泡沫的抗燒性能。結果表明,膠凝劑水玻璃的質量分數為 9.00%,交聯(lián)劑碳酸氫鈉的質量分數為3.50%,CTAB、AES、CAB-35 三種組分的質量分數分別為 0.1%、0.12%、0.6% 時,基礎配方發(fā)泡劑穩(wěn)定性能提升了 270%,抗燒性能與兩相泡沫相比提升了 53%。

        凝膠泡沫;水玻璃凝膠;正交試驗; 穩(wěn)定性;抗燒性

        Abstract:A kind of foamed gel with high stability and good burn resistance performance was prepared by using thickener water-glass, cross-linking agent bicarb and three foaming agents as raw materials. Single factor cross-linking experiment and four-factor three-level orthogonal experiment were used to study water-glass-gel system and the foaming agent, and then effect of different cross-linking agent on gelling results was analyzed as well as effect of different components of foaming agent on the foaming volume and half life. Finally the anti-burning performance of the gel foam was investigated by the anti-burning test. The results show that when the mass fraction of gelling agent water-glass, cross-linking agent, CTAB, AES, CAB-35 is 9.00%, 3.50%, 0.1%, 0.12% and 0.6%, the stability of the foundation formula foaming agent can be improved by 270%, the burn resistance performance of the formula can be improved by 53% compared with two-phase foam.

        Key words:Foamed gel; Water-glass-gel; Orthogonal design; Stability; Burn resistance performance

        凝膠泡沫基礎配方的組分為發(fā)泡劑、膠凝劑與交聯(lián)劑,高穩(wěn)與高抗燒性的基礎配方可以減少后續(xù)改性研究的步驟。凝膠泡沫是一種新型滅火劑,在發(fā)泡劑與膠凝劑攪拌均勻后添加交聯(lián)劑,并于氣體作用下進行機械攪拌,就可以形成以凝膠作為載體、內部均勻分布著大量氣體的凝膠泡沫。其組分凝膠具備良好的覆蓋隔絕能力,泡沫擁有優(yōu)良的冷卻、流動能力,凝膠泡沫發(fā)揮二者的協(xié)同效應,大幅度增強了其防滅火性能。凝膠泡沫是三相泡沫技術[1]的后續(xù)發(fā)展,曹凱等在2009年提出泡沫凝膠防滅火技術[2],此后多位學者對凝膠泡沫在礦井火災的應用進行了深入研究[3–7]。田兆君等在研究一種礦用防滅火凝膠泡沫的過程中,提出了傾斜試管法以測定膠凝時間[3]。于水軍等分析了不同成膠時間的適用范圍,且探究了凝膠泡沫的滅火特性[4]。張雷林研制了一種防煤炭自燃的凝膠泡沫,并提出實驗室尺度下的抗燒試驗方法[7]。但關于凝膠泡沫滅火劑在地面火災[7]應用的研究較少,本文的目的即研究適用于地面火災的凝膠泡沫基礎配方,其中最關鍵的部分是高效復配發(fā)泡劑的制備與水玻璃交聯(lián)體系的確定。水玻璃凝膠是一種常見的凝膠交聯(lián)體系,硅酸聚合作用理論[8]解釋了其交聯(lián)原理。有部分學者研究了水玻璃凝膠的工藝、結構和特性,如趙仁保等研究了水玻璃凝膠泡沫的微觀結構與成膠特性[9],于水軍等研究了水玻璃凝膠泡沫的制備工藝與蒸發(fā)特性[10]。水玻璃凝膠的關鍵組分是交聯(lián)劑,曾廣泛使用作為交聯(lián)劑的銨鹽因污染環(huán)境已逐漸淘汰,目前常用的交聯(lián)劑為氯化鈣、碳酸氫鈉、醋酸等。

        本文采用單因素試驗法研究水玻璃凝膠體系,確定了膠凝時間與水玻璃與小蘇打質量分數的關系,以表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、乙氧基化烷基硫酸鈉(AES)、椰油酰胺丙基甜菜堿(CAB-35)為基料,采用正交試驗法研制了高穩(wěn)定性發(fā)泡劑,同時對指標發(fā)泡體積、穩(wěn)泡時間的影響因素進行分析,最后在實驗室尺度下對此基礎配方的抗燒性能進行了研究,為凝膠泡沫滅火劑的配方改性設計提供了一定的參考。

        1 水玻璃凝膠體系的研究

        水玻璃交聯(lián)體系中交聯(lián)劑主要分為三類:鹽類、酸類、有機類。鹽類有氯化鈣、硫酸鋁等金屬鹽,但與水玻璃混合后成膠迅速,無法控制膠凝時間;也有氯化銨、碳酸氫銨、碳酸氫鈉之類的銨鹽鈉鹽等,此類交聯(lián)劑與水玻璃的成膠強度較佳、膠凝時間可控,但銨鹽類會釋放刺激性氣體氨氣,鈉鹽則無此問題。酸類有鹽酸、硫酸、醋酸等,膠凝時間也可控,但凝膠強度一般低于金屬鹽類,成本也較高。有機類包含甲醛、乙二醇等,但成本太高,難以大規(guī)模使用。故本文選取水玻璃、碳酸氫鈉交聯(lián)體系,兩者混合后發(fā)生下文所示的化學反應,初混合時溶液透明,隨著交聯(lián)的進行,溶液開始渾濁最后失去流動性形成凝膠。

        結合預實驗數據,膠凝劑水玻璃與交聯(lián)劑碳酸氫鈉的質量分數分別設定為 8%、9%、10%、11%與 2.5%、3%、3.5%、4%,采用傾斜試管法[11]測定膠凝時間。

        如果膠凝時間過長,凝膠泡沫受重力影響向下流動,無法較好地覆蓋火源,降低了滅火效果;膠凝時間太短,凝膠泡沫還未完全覆蓋火源就已經失去了流動性,也影響了滅火效果[4]??紤]到所制的凝膠泡沫主要用途是撲滅地面火災,膠凝時間在 3 min附近較為合適,根據表1膠凝時間數據,確定膠凝劑水玻璃的質量分數為 9.00%,交聯(lián)劑碳酸氫鈉的質量分數為 3.50%,此時成本最低且膠凝時間為3.5 min。

        2 高穩(wěn)穩(wěn)發(fā)泡劑實驗研究

        發(fā)泡劑是一種表面活性劑,本文依據復配原理[12,13],選取了6種表面活性劑進行篩選和復配。由圖1可知發(fā)泡體積與半衰期隨表面活性劑質量濃度的增大而增加,這是因為隨著質量濃度的增加,表面張力減小,體系的粘度增大,使發(fā)泡性能與泡沫穩(wěn)定性增強;而后發(fā)泡體積與半衰期逐漸趨于穩(wěn)定,這是因為當溶劑質量濃度增加至一定程度時,體系已趨于飽和。

        表1 膠凝時間與試劑質量分數的關系Table 1 The relationship between gelling time and reagent mass fraction

        圖1 6種發(fā)泡劑的發(fā)泡體積、半衰期Fig.1 The foaming volume and half life of six foaming agents

        從圖1得知CTAB與CAB-35在高濃度下的發(fā)泡能力最佳,AES與CTAB在低濃度下的發(fā)泡能力最佳;FC314、CAB-35在高濃度下的半衰期最長,CTAB、CAB-35在低濃度下的半衰期最長;FC-134使液體能達到的表面張力最低。雖然 FC-134穩(wěn)定性與降低表面張力的能力均為最佳,但是其毒性較強,屬于危險化學物質,故不予選擇。同時考慮到成本因素,盡量選擇低濃度下性能較好的發(fā)泡劑。根據上述分析,最終選取了 CTAB、AES、CAB-35三種發(fā)泡能力相對較好、半衰期較長的表面活性劑進行后續(xù)的復配實驗。

        表面活性劑復配后產生的協(xié)同效應,不僅降低了臨界膠束濃度,增強活性,還會部分增強發(fā)泡性能或穩(wěn)泡能力[14]。實驗篩選出來的表面活性劑CTAB為陽離子型、AES為陰離子型、CAB-35為兩性離子型,復配過程中它們將發(fā)生強烈的靜電相互作用。過去的觀點為陰、陽離子型不宜復配[15],否則會使其失去表面活性,但協(xié)同效應強弱數據[16]表明,陰陽復配會使其具備極好的表面活性。

        表2 表面活性劑的因素與水平Table 2 Factors and levels of surfactants

        根據圖1所示數據,CTAB質量分數增加而發(fā)泡性能的增強并不明顯,考慮到成本問題,再者CTAB質量分數為0.1%時發(fā)泡性能已經較佳,故其水平數值確定在此質量分數上下。同理也可確定AES與CAB-35的質量分數水平。如表2所示選用型正交表,添加空白列以計算誤差,評價指標為發(fā)泡體積與半衰期。實驗過程中為加速溶解,將復配后的表面活性劑置于溫度穩(wěn)定在 60 ℃恒溫水浴鍋。

        正交試驗因素水平如表 2,為減小誤差,隨機抽出實驗序號以決定實驗順序,將實驗得出的指標數據填入表3,數據處理結果見表 4所示。由表 3得指標發(fā)泡體積的最大值與最小值相比提高了16.7%,而半衰期最大值與最小值相比提升了260%,故指標半衰期是衡量發(fā)泡劑性能的關鍵。

        表3 雙指標正交試驗及數據Table 3 Double index orthogonal test and data

        表4中字母與數字分別代表對應的因素和水平,發(fā)泡體積表示發(fā)泡劑攪拌后的起泡體積,半衰期表示泡沫析出原溶液體積一半液體所用的時間,表示第i水平j因素指標的平均值,極差表示第j因素對指標的影響程度。由表 4分析知由此判斷最優(yōu)組合的因素A為第二水平、因素B和C為第三水平。極差說明A因素對半衰期的影響最大,B因素次之,但的差值僅為4也說明了實際上三個因素的影響程度相差并不大;而說明了誤差的影響可以忽略不計。

        表4 基于指標半衰期的直觀分析結果Table 4 The results of intuitive analysis based on the index half life

        由圖2知半衰期隨CTAB質量分數的增加先延長后縮短,隨 AES質量分數的增加而延長,隨CAB-35質量分數的增加先縮短后延長,這表明了復配發(fā)泡劑半衰期的變化趨勢取決于單一發(fā)泡劑。

        圖2 指標半衰期的效應曲線Fig.2 The effect curve of the index half life

        在正交試驗中并無確定的最優(yōu)組合,故需追加實驗,試劑CTAB、AES、CAB-35的質量分數應為0.001、0.0012、0.006,實驗結果顯示發(fā)泡體積為1375 mL,半衰期為37 min。正交試驗中A、B因素為第二水平,C因素為第三水平時發(fā)泡體積和半衰期分別為1 400 mL與35 min,追加實驗與其相比前者減少了 1.8%、后者增加了 5.7%,故追加實驗的配方為最優(yōu)。

        對指標半衰期的結果進行方差分析,由表5得出兩個結論:一是試驗過程中誤差的影響可以忽略不計;二是三個因素都不具備顯著性。這表明半衰期的明顯延長主要得益于三因素的協(xié)同增效作用,并沒有單獨或交互因素占據主導地位。

        表5 指標半衰期的方差分析結果Table 5 The results of variance analysis of the index half life

        3 抗燒性能的對比實驗研究

        考慮到凝膠泡沫基礎配方是后續(xù)試驗的基礎,對其主要性能之一的穩(wěn)定性進行簡要的評價。而凝膠泡沫的固液穩(wěn)定性一般不需要進行測定,因為凝膠泡沫的三維網狀結構具有較強的固水能力,致使其很難析出液體,甚至30 d也不會析出液體[7]。而熱穩(wěn)定性也即抗燒性能則由實驗室小尺度試驗通過抗燒時間評價(圖3)。

        圖3 抗燒時間的測定裝置Fig.3 Measuring instrument of anti-burning time

        因此,為確保由基礎配方制出的凝膠泡沫具有較好的抗燒性能,抗燒試驗所設對比組為空氣、水、兩相泡沫、三相泡沫。薄壁圓鐵盤直徑為115 mm、高為15 mm,正方形棉紗布的邊長為150 mm。棉紗布在無水乙醇中完全浸潤5 s后,蓬松地置于圓鐵盤中,在室溫下使用兩盞酒精燈對其進行灼燒。記錄棉紗布開始燃燒的時間。實驗結果顯示,水的抗燒時間為50 s,兩相泡沫為15 min,三相泡沫為21 min,凝膠泡沫為23 min。

        由實驗結果可知,凝膠泡沫的抗燒時間是水的27.6倍,與兩相泡沫相比提升了53%,略強于三相泡沫。三相泡沫具有良好的抗燒性是因為其兩相破裂,三相泡沫不斷失水,但粉體構成的固定支架依舊存在[17]。這也說明由基礎配方所制凝膠泡沫的熱穩(wěn)定性已經達到了較好的水平,這是因為于凝膠泡沫而言,即使泡沫破裂了,其也可將液體固定在凝膠相內從而形成網狀結構,覆蓋在棉紗布表面,起到隔絕空氣和熱輻射的作用,因此提高了抗燒性能。

        4 結 論

        1)水玻璃凝膠體系交聯(lián)劑選用鈉鹽碳酸氫鈉,不僅可以控制膠凝時間,凝膠強度也較好,且成本低廉。復配發(fā)泡劑半衰期的變化趨勢取決于單一發(fā)泡劑,其高性能取決于多種發(fā)泡劑的協(xié)同效應。

        2)高穩(wěn)與高抗燒性的凝膠泡沫基礎配方為:膠凝劑水玻璃的質量分數為 9.00%,交聯(lián)劑碳酸氫鈉的質量分數為3.50%,膠凝時間為3.5 min,發(fā)泡劑CTAB、AES、CAB-35三種組分的質量分數分別為0.1%、0.12%、0.6%。

        3)凝膠泡沫中復配發(fā)泡劑泡沫穩(wěn)定時間與復配前單發(fā)泡劑最大值相比提升了 270%,并且其抗燒性能達到了較好的水平,與兩相泡沫相比提升了53%。

        [1]秦波濤. 防治煤炭自燃的三相泡沫理論與技術研究[M]. 中國礦業(yè)大學出版社, 2009.

        [2]曹凱, 田兆軍. 防治礦井火災的新思路——泡沫凝膠防滅火技術[J].中國科技論文在線, 2009.

        [3]田兆君 等. 礦用防滅火凝膠泡沫的研究[J]. 中國礦業(yè)大學學報,2010, 39(2)∶ 169-172.

        [4]于水軍 等. 一種新型泡沫凝膠成膠時間及滅火特性的實驗研究[J].火災科學, 2013(04)∶ 219-225.

        [5] 李孜軍 等. 一種凝膠泡沫及其對硫化礦石自燃的阻化性能研究[J].中國安全科學學報, 2015, 25(6)∶ 57-61.

        [6]孟苗苗, 邢玉忠. 凝膠泡沫防止煤與瓦斯突出的新思路[J]. 煤炭技術, 2016(01)∶ 181-183.

        [7]張雷林. 防治煤自燃的凝膠泡沫及特性研究[D]. 徐州∶ 中國礦業(yè)大學, 2014.

        [8]戴安邦. 硅酸聚合作用的一個理論[J]. 南京大學學報 (自然科學版),1963, 3(1)∶ 1-8.

        [9] 趙仁保 等. 水玻璃凝膠增強泡沫體系的性能[J]. 吉林大學學報(工學版), 2005(06)∶ 10-14.

        [10]于水軍, 趙紅. 無氨泡沫凝膠制備及其蒸發(fā)特性研究[J]. 河南理工大學學報 (自然科學版), 2013(03)∶ 255-259.

        [11]田兆君. 煤礦防滅火凝膠泡沫的理論與技術研究[D]. 徐州∶ 中國礦業(yè)大學, 2009.

        [12]張雪勤 等. 兩性離子/陰離子表面活性劑復配體系協(xié)同作用的研究[J]. 膠體與聚合物, 2002, 20(3)∶ 1-5.

        [13]鄒利宏 等. 陰-陽離子表面活性劑復配研究與應用[J]. 日用化學工業(yè), 2001, 31(5)∶ 37-40.

        [14]王芳. 高吸水性凝膠泡沫材料的制備及其防滅火性能研究[D]. 山東科技大學, 2014.

        [15] 楊振, 吳明華. 陰/陽離子二元表面活性劑復配體系的發(fā)泡性能研究[J]. 浙江理工大學學報, 2007, 24(2)∶ 143-146.

        [16]Rosen M J, Kunjappu J T. Surfactants and interfacial phenomena[M].John Wiley & Sons, 2012.

        [17]呂科宗 等. 三相泡沫滅火劑熱穩(wěn)定性及滅火性能實驗研究[J]. 后勤工程學院學報, 2016, 32(6)∶ 56-60.

        Experimental Study on Foundation Formula of a Foamed Gel With High Stability and Good Burn Resistance Performance

        ZHU Liang1,YANG Xiao-feng1,JIANG Xin-sheng2,LV Ke-zong2

        (1. Department of National Defense Architecture Planning & Environmental Engineering, Logistic Engineering University,Chongqing 401311, China;2. Department of Petroleum Supply Engineering, Logistic Engineering University, Chongqing 401311, China)

        X 932

        A

        1671-0460(2017)09-1792-04

        2017-06-29

        朱亮(1993-),男,河南省信陽市人,就讀于后勤工程學院國防建筑規(guī)劃與環(huán)境工程系,研究生在讀,研究方向:防滅火新型材料。

        E-mail:leuzl@outlook.com。

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