doc高性能泡沫制備及其滅火性能研究

1、高性能泡沫制備及其滅火性能研究第29卷第2期2010年4月河南理工大學(自然科學版)journalofhenanpolytechnicuniversity(naturalscience)vo1.29no.2apr.2010高性能泡沫制備及其滅火性能研究于水軍,袁海燕,曹文超,白改(1.河南理工大學安全科學與工程學院,河南焦作454000;2.河南理工大學物理化學學院,河南焦作454000)摘要:為獲得發(fā)泡能力特別強,單位體積產泡量大,泡沫穩(wěn)定且細膩,與使用介質具有良好相容性的發(fā)泡劑,利用陰離子表面活性劑水溶液能在機械作用力引入空氣的情況下,產生大量泡沫的原理,在實驗中將a,b(6501),c(

2、十二烷基苯磺酸鈉),d(甜菜堿),e(op一10)5種表面活性劑進行組合,通過測定各組合的發(fā)泡倍數(shù),泌水率得到最優(yōu)組合.結果表明,當d取0g,a,b,c,e各取0.5g時為最優(yōu)配方,此條件下制備的泡沫具有良好的發(fā)泡性能和穩(wěn)定性,而且泌水量也少,符合高性能泡沫的性能要求.用所得到的最優(yōu)配方制備的泡沫滅火劑具有良好的滅火性能.關鍵詞:發(fā)泡荊;泡沫;泡沫滅火劑;泌水率中圖分類號:x932文獻標識碼:a文章編號:16739787(2010)02015205preparationandfireextinguishingpropertiesofhighperformancefoamyushuijun,yu

3、anhaiyah.,caowenchao,baigai(1.schoolofsafetyscience&engineering,henanpolytechnicuniversity,jiaozuo454000,henan,china;2.schoolofphysics&chemistryhenanpolytechnicuniversity,jiaozuo454000,henan,china)abstract:inordertoobatainablowingagentprossessingthepropertiesofhighfoamability,largeamountofpr

4、oductioninperunitvolumeandtheperfectcompatibilitywhenusedwiththemedia,usingtheanionicsurfactantsinaqueoussolutiontotheintroductionofairinthemechanicalforcecircumstancesandtheprincipleofalargeamountoffoam,theexperimentsofa,b(6501),c(sdbs),d(betaine),e(op一10)forthefivecombinationsofsurfactantsareperfo

5、rmed,bymeasuringthecompositionofthefoammultiples,therateofbleedingoftheoptimalportfolioisobtained.theresultsshowthatwhenthedtakes0g,propertya,b,c,erespectivelytakes0.5gforoptimalformulationsunderthisconditions,thepreparedfoamhasthegoodpropeyandstabilityblowingagent,andtherateofbleedingisalsosmall,co

6、nsistentwiththehighperformanceofthepropertyrequirementsofthefoam,theobtainedoptimalformulationyforthepreparedfoamextinguishingagenthasgoodfireextinguishingperformances.keywords:blowingagent;foam;foamextinguishingagent;rateofbleedingo引言近年來國際上對于泡沫滅火劑,特別是對于a類泡沫滅火劑(用于a類可燃物火災的泡沫滅火劑)的研究突飛猛進,而我國對于a類泡沫滅火劑的研

7、究還比較落后,許多相關技術研究基本處于收稿日期:2010030l基金項目:河南省重點科技攻關項目(082102230032);河南省教育廳自然科學研究項目(2008b560005)作者簡介:于水軍(1962一),男,河南漯河人,教授,從事火災防治理論與技術方面的教學與研究.email:.ca第2期于水軍,等:高性能泡沫制備及其滅火性能研究153空白狀態(tài).由于泡沫是由液體薄膜或固體薄膜隔離開的氣泡聚集體,因此為了形成泡沫,必須研究出一種能形成穩(wěn)定泡沫的溶液體系,最終得出自動發(fā)泡液體系,其主要組成為:反應混合物,發(fā)泡劑,穩(wěn)泡劑,水i4.發(fā)泡劑和泡沫穩(wěn)定劑在膜面的吸附密度與表面

8、膜彈性密切相關,吸附于表面膜氣一液界面的表面活性劑分子問相互作用力大,則表面黏度高,膜強度也高,從而使泡沫穩(wěn)定性大大提高.泡沫穩(wěn)定性的評價主要采用發(fā)泡倍數(shù),泌水量,泌水率作為衡量標準.為了研究制備一種高性能的泡沫,使它既能滿足泡沫滅火的需要,又能滿足制備泡沫混凝土等實際應用的要求,選取了a,b,c,d,e5種對泡沫性能有重要影響的原料進行正交試驗,選取最理想的高性能泡沫配料比,并利用現(xiàn)有的泡沫滅火劑性能測試標準對其進行應用研究.1實驗方法發(fā)泡劑形成的泡沫質量應具有堅韌性好,發(fā)泡量大,泌水率低等優(yōu)點.泡沫的堅韌性是指泡沫在空氣中在一定的時間內不過早的被破壞;發(fā)泡量是泡沫體積增大于發(fā)泡劑溶液體積的

9、倍數(shù);泌水量是指泡沫被破壞后所產生發(fā)泡劑水溶液的體積.泡沫自制出后,就逐漸向外泌水,每個時間段內的泌水量與總泌水量之比即為泌水率.泡沫的泌水率低,才能更好地保證泡沫中的氣泡數(shù)量和泡沫的穩(wěn)定性,即保證泡沫滅火劑的滅火性能.1.1實驗步驟發(fā)泡劑均具有較高的表面活性,能有效降低液體的表面張力,并在液膜表面雙電子層排列而包圍空氣,形成氣泡,再由單個氣泡組成泡沫.發(fā)泡劑的作用機理基于它的表面活性作用.沒有表面活性作用,就不能發(fā)泡,也就不能成為發(fā)泡劑,因此表面活性是發(fā)泡的核心.實驗利用陰離子表面活性劑水溶液能在機械作用力引入空氣的情況下,產生大量泡沫,而在實驗中將a,b,c,d,e5種物質進行組合,通過對

10、實驗中各組合的發(fā)泡倍數(shù),泌水量,泌水率以及實驗現(xiàn)象進行分析,得到優(yōu)化的組合.泡沫劑性能測定實驗中用到a,b,c,d,e5種物質,研究物質加量對泡沫性能的影響.a,b,c,d,e5種物質中有4種定量取0.5g,剩余的1種分別取0,0.5,1,1.5,2g,按活性物與水之比為1:100進行稀釋,溶解混合后制成泡沫,測定泡沫穩(wěn)定性和發(fā)泡倍數(shù).將1000ml量筒豎直放置,沿筒壁注入200ml的待測引氣劑溶液,注意不能產生氣泡,封住筒口,30s內顛倒共計10次后,靜置,立即使用直尺測量起泡高度(即泡沫最高處與液面之間的距離),記錄消泡時間,試驗用溶液質量參數(shù)為0.1%,實驗過程中每隔1h記錄1次量筒內液

11、體的增加量.用自配的泡沫滅火劑,利用空氣壓縮機在一定的壓力下使復合劑與空氣充分混合,通過專用的發(fā)泡機,使其噴出均勻致密的泡沫,將泡沫滅火劑噴射覆蓋到滅火對象上,利用該泡沫滅火劑所具有的冷卻,窒息,乳化,隔離等綜合作用,使燃燒不能維持而達到迅速滅火的目的,觀察滅火現(xiàn)象,記錄滅火時間.1.2實驗數(shù)據(jù)處理(1)發(fā)泡倍數(shù)可按下式計算:m=vp/(g2一g.),式中:m為發(fā)泡倍數(shù);v為玻璃桶容積,cm;p為泡沫劑水溶液密度,近于1g/em;g.為玻璃桶質量,g;g:為玻璃桶和泡沫質量,g.(2)泌水量計算:泌水量=v2一v.,式中:.為泡沫被破壞前發(fā)泡劑水溶液的體積;為泡沫被破壞后發(fā)泡劑水溶液的體積.(

12、3)泌水率的計算:泌水率=每小時泌水量/總泌水量.2結果與討論穩(wěn)泡劑,增黏劑,成膜劑對水基泡沫體系的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性有很大的影響,在水基泡沫液中添加適當?shù)脑鲳┖统赡┛擅黠@提高泡沫的穩(wěn)定性和成膜性.發(fā)泡劑均具有較高的表面活性,l54河南理工大學(自然科學版)2010年第29卷能有效降低液體的表面張力,并在液膜表面雙電層排列而包圍空氣,形成氣泡,再由單個氣泡組成泡沫.發(fā)泡劑的實質就是它的表面活性作用.沒有表面活性作用,就不能發(fā)泡,也就不能成為發(fā)泡劑,表面活性是發(fā)泡的核心.但是,松香樹脂類起泡能力與穩(wěn)定性均較低,陰離子表面活性劑雖然發(fā)泡能力很好但穩(wěn)定性太差,蛋白類發(fā)泡劑穩(wěn)定性好但起泡能力較低.所

13、以,只能通過復合的方法來制備高性能的發(fā)泡劑.當多元復合時,各組分都有各自的優(yōu)勢,可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補.2.15種物質在不同用量下的發(fā)泡倍數(shù)通過實驗得出,當a,b,c,d,e5種活性劑在不同用量組合(1種用量變化時其他組分用量均取0.5g)情況下,所制得的發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)如表1所示.根據(jù)實驗所得到的數(shù)據(jù)可知:表1a,b,c,d,e變化時的發(fā)泡倍數(shù)(1)a物質對復合物的發(fā)泡倍數(shù)有很大影響,隨著a由0增加到2g,復合物的發(fā)泡倍數(shù)由7.1增加至65.1,并且有逐漸增加的趨勢.(2)隨著b物質添加量的增加,復合劑的發(fā)泡倍數(shù)首先逐漸增大,然后逐漸減小,并且在b物質的添加量為0.51.0g時發(fā)泡倍數(shù)取得最大值.

14、(3)c物質在添加量變化的情況下,復合劑的發(fā)泡倍數(shù)呈現(xiàn)小幅度的上下波動,tab.1foammultiplesofvariablea,b,c,d,e但總體來說c物質添加量的變化對發(fā)泡倍數(shù)的影響不大.(4)當d物質的添加量在01g時,對復合物發(fā)泡倍數(shù)的影響不很明顯,但隨著d物質添加量的繼續(xù)增加,復合物發(fā)泡倍數(shù)迅速降低,說明物質d對復合物的發(fā)泡有一定的抑制作用.(5)隨著e物質添加量的增加,復合物發(fā)泡倍數(shù)呈現(xiàn)大幅度的上下波動,并且復合物的發(fā)泡倍數(shù)有降低的趨勢.2.25種物質在不同用量下的泌水率a,b,c,d,e5種物質在不同的組分即其中1種分別取0,.0.5,1,1.5,2g時其余4種取學0.5g,

15、按活性物與水之比為1:豢100進行稀釋制成泡沫,測定其隨時間變化時的泌水率如圖1所示.由圖1可知隨時間變化泡沫劑的泌水率均呈上升趨勢.泌水率和泌水量都是表示泡沫穩(wěn)定性的指標,下面以泌水率為對象結合實驗過程中觀察到的實驗現(xiàn)象來分析a,b,c,d,e5種物質對復合物泌水率的影響.根據(jù)圖1和實驗過程中的現(xiàn)象可知:(1)隨著a物質添加量的增加,復合物形成的泡沫在第一小時內的泌水率由0.214%迅速加大至0.714%,說明隨著a物質添加量o時間/h時間/h時間/il(a)a變化對泌水率的影響(b)b變化對泌水率的影響(c)c變化對泌水率的影響1.21?0薄0.80.6襄0.4o.20時間/il時間/l1

16、(d)d變化對泌水率的影響(e)e變化對泌水率的影響圖1a,b,c,d,e變化時的泌水率fig.1rateofbleedingofvariablea,b,c,d,e+0:+0.5g:+1.0g;-1.5g:2.0g的增多復合物形成的泡沫穩(wěn)定性越來越差,而實驗過程中發(fā)現(xiàn),隨a的量的增加,發(fā)泡效果越來越好,水變的越來越清,發(fā)泡能力增強,并且形成的泡沫均勻致密,這與前面討論的a物質對復合物第2期于水軍,等:高性能泡沫制備及其滅火性能研究l55發(fā)泡倍數(shù)影響的結論一致.說明a是一種較強的發(fā)泡劑,a物質的添加量越多,復合物發(fā)泡能力越強,但是穩(wěn)定性卻呈現(xiàn)降低的趨勢,需要綜合考慮這兩方面因素來選擇a物質的添加

17、量.(2)b物質添加量為01g時,復合物形成的泡沫在第一小時內的泌水率由0.143%迅速加大至0.718%,而后繼續(xù)增加b物質的量,泌水率變化不大.說明在一定添加量范圍內b物質使復合物形成的泡沫穩(wěn)定性降低,實驗過程中發(fā)現(xiàn)b物質的量增加,泡沫均勻性增加,泡沫小而致密,b能使泡沫非常細膩.并且考慮b物質對復合物發(fā)泡倍數(shù)的影響得出的結果,綜合這兩方面的因素來選擇b物質的添加量.(3)c物質的添加量增加,復合物形成的泡沫在整個過程中的泌水率變化不是非常明顯,從實驗中觀察到c量增加會使泡沫的發(fā)泡倍數(shù)增大,但是效果不太明顯,說明c物質對復合物發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性影響都不大.(4)d物質的添加量為0g時,復

18、合物形成的泡沫在第一小時內的泌水率為0.25%,d物質的添加量為0.5g時,復合物形成的泡沫在第一小時內的泌水率為0.667%,泌水率變化非常迅速.而當d物質添加量為0.52g時,復合物形成的泡沫在第一小時內的泌水率呈現(xiàn)小幅度增加的趨勢,并且考慮d物質對復合物發(fā)泡倍數(shù)的影響得出的結果,說明d物質對復合物的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性表現(xiàn)出不利的影響.(5)隨著e物質量的變化,復合物形成的泡沫在整個過程中的泌水率變化呈現(xiàn)小幅度的上下波動,實驗過程中發(fā)現(xiàn),隨e量的增加,發(fā)泡倍數(shù)變化不是很大,但是泡沫逐漸豐富且致密,考慮前面e物質對復合物發(fā)泡倍數(shù)的影響得出的結果,需綜合其影響來確定e物質的添加量.在實驗過程

19、中,溫度對泡沫的穩(wěn)定性會造成一定的影響,但由于實驗室條件的限制,在參考了大量文獻資料的情況下,實驗過程中溫度全部設為室溫情況,即實驗過程中忽略了溫度對泡沫成型,穩(wěn)定性等綜合方面的影響.2.3泡沫滅火劑的滅火性能分析泡沫滅火劑主要用于撲救各種不溶于水的可燃,易燃液體如石油產品等的火災,也可用來撲救木材,纖維,橡膠等固體的火災.高倍數(shù)泡沫可有些特殊用途,如撲救船舶火災,礦井火災,消除放射性污染等.由于泡沫滅火劑中含一定量的水,所以不能用來撲救帶電設備及忌水性物質引起的火災.實驗過程為:點燃煤油池火;將用泡沫滅火劑制得的泡沫噴向火池;將泡沫噴向火焰根部;記錄滅火時間.在滅火過程中發(fā)現(xiàn),將泡沫滅火劑噴

20、向火焰的根部滅火效果最好.起初火勢稍微減弱,隨著大量泡沫噴向火焰根部火焰迅速熄滅,滅火時問短.用實驗得到的最佳配方制成的泡沫滅火劑撲滅半徑為20cm,油面深度為5em油池火所用時間為11.3s.圖2為在滅火過程中油池火由著火到完全熄滅的圖片.復合泡沫滅火劑之所以能迅速撲滅液體燃料火災,除了與一般泡沫滅火劑一樣,能形成一層阻止燃料繼續(xù)燃燒的泡沫層外,從泡沫中析的液體還能在燃料表面迅速擴散形成一層水膜.這層水膜的作用有:其一,能有效抑制燃料的蒸發(fā),隔絕氧氣;其二,能直接釋放出水蒸氣,吸收熱量,降低燃料溫度;其三,提高泡沫在燃料表面的流動性.水膜及其上層的泡沫像一個絕熱屏,把液體燃料與其蒸氣隔絕開一

21、一一(a)煤油池火預燃(b)開始滅火(c)火逐漸變小一一(d)火即將熄滅(e)火被撲滅圖2泡沫滅火劑滅火過程fig.2firefightingfoamextinguishingagentprocessl56河南理工大學(自然科學版)2010年第29卷來,阻止燃燒,使火熄滅.在燃料表面形成一個連續(xù)的泡沫層,通過泡沫和析出的混合液對燃料表面進行冷卻,并通過泡沫層的覆蓋作用使燃料與空氣隔絕而將火撲滅.其滅火原理主要是靠泡沫的覆蓋,封閉作用,隔絕空氣,窒息火焰.由于泡沫中充填大量氣體,其密度小,可漂浮于液體的表面,或附著于一般可燃固體表面,形成一個泡沫覆蓋層,使燃燒物表面與空氣隔絕,同時阻斷了火焰的輻

22、射熱,起到隔離和窒息作用;泡沫析出的水和其它液體有冷卻作用;泡沫受熱蒸發(fā)產生的水蒸氣可降低燃燒物附近的氧氣體積分數(shù).表面活性劑a是產生泡沫的主體,主要降低水的表面張力,提高泡沫滅火劑的穩(wěn)定性,它與蛋白表面活性劑混合使用,可以提高發(fā)泡劑的發(fā)泡性能.表面活性劑是影響發(fā)泡倍數(shù)的主要因素.穩(wěn)定劑和增粘劑是影響泡沫穩(wěn)定性的重要因素.滅火時間與發(fā)泡倍數(shù)和泡沫穩(wěn)定性有關,也就是說,泡沫滅火劑組成不同,它的性能也不相同.3結論(1)5種發(fā)泡材料復配具有較好的發(fā)泡性和穩(wěn)定性.b,c,d,e4種材料隨著其配量的增加,使復配的泡沫呈現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性和成型性.(2)通過觀察實驗現(xiàn)象和分析實驗數(shù)據(jù)得到的高性能泡沫液的較

23、佳復合配方為d取0g,a,b,c,e各取0.5g,此時發(fā)泡倍數(shù)大,泌水量小,泌水率低,泡沫也穩(wěn)定.(3)復合出的泡沫液,其最大發(fā)泡倍數(shù)達到74.1倍,泡沫的穩(wěn)定性也很好,泡沫表面細密,成型性好,有一定的耐水性,可抗輕微的外界力.(4)配置的泡沫滅火劑具有良好的冷卻,窒息,乳化,隔離作用,使燃燒不能維持而達到迅速滅火的目的.在滅火過程中需要將泡沫噴向火焰的根部,使其更好的發(fā)揮優(yōu)良的滅火性能.參考文獻:1肖進新,趙振國.表面活性劑應用原理m.北京:化學工業(yè)出版社,2003.2肖進新,雷蕾,高展,等.水成膜泡沫滅火劑標準gb174271998的研究j.安全與環(huán)境,2007,7(2):l26一l29.陳惟明,烏效鳴.泡沫體系流動特性的初步測試分析j.探礦工程,1993,5(3):143146.戴樂蓉,厲鋒.泡沫的穩(wěn)定性及液晶對它的影響j.應用化學,1989,9(6):3580.李青,李玉平,楊斌,等.摻加穩(wěn)泡劑hpmc對泡沫混凝土性能