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黃原膠對(duì)泡沫溶液泡沫性能、表面張力的影響(二)
來(lái)源:工業(yè)安全與環(huán)保 瀏覽 115 次 發(fā)布時(shí)間:2025-10-20
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1表面活性劑發(fā)泡性分析
2.1.1表面活性劑一元體系發(fā)泡性能研究
如圖1所示,3種表面活性劑發(fā)泡性能隨濃度增加而增大,都經(jīng)過(guò)了快速增長(zhǎng)階段、緩慢增長(zhǎng)階段,最后發(fā)泡高度趨于平穩(wěn),不再隨濃度增加而變化。SDS、CAB、無(wú)患子皂苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在5%、8%、15%時(shí)初始泡沫高度達(dá)到了最高值,分別是166 mm、171 mm、152 mm。形成大量泡沫的關(guān)鍵因素是表面流動(dòng)性[8],以上結(jié)果表明CAB具有更好的表面流動(dòng)性。
圖1表面活性劑發(fā)泡性隨體積分?jǐn)?shù)的變化
以發(fā)泡體系的復(fù)配組分(無(wú)患子皂苷、SDS、CAB 3種表面活性劑)為考察的3個(gè)因素,根據(jù)3種表面活性劑的發(fā)泡性能,每個(gè)因素選3個(gè)水平,選用L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化泡沫滅火劑的配方,正交表設(shè)計(jì)如表1所示。
表1正交試驗(yàn)因素及水平單位:%
表2發(fā)泡性能正交試驗(yàn)結(jié)果
2.1.2表面活性劑三元體系泡沫溶液發(fā)泡性能
根據(jù)正交表測(cè)定其發(fā)泡高度,結(jié)果見(jiàn)表2。表2中K1、K2、K3表示各因素在相應(yīng)水平下評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均值,R為各因素相應(yīng)水平下評(píng)價(jià)指標(biāo)的級(jí)差。發(fā)泡高度的極差R值表明,各因素的重要性依次為SDS>CAB=無(wú)患子皂苷,SDS對(duì)復(fù)配體系的發(fā)泡性能影響最大。由表2中發(fā)泡高度的K值可見(jiàn),發(fā)泡性能最佳的組合是第9組。表面活性劑復(fù)配后隨著其添加量的增加,空氣與液膜之間的活性劑分子濃度增加,有利于提高泡沫溶液的發(fā)泡能力[9]。
表3為泡沫溶液的配方。根據(jù)三元復(fù)配體系的發(fā)泡性能,選取發(fā)泡性能最佳的9號(hào)組,無(wú)患子皂苷、SDS、CAB質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定在15%、5%、5%。研究XG濃度變化對(duì)泡沫溶液性能的影響。
表3泡沫液的組分單位:%
2.2 XG對(duì)泡沫溶液性能的影響
2.2.1發(fā)泡能力
市售3%AFFF和5組試驗(yàn)組泡沫溶液的發(fā)泡能力測(cè)試結(jié)果如圖2所示。SDS、CAB、無(wú)患子皂苷的發(fā)泡能力隨著XG濃度的增加而下降。XG引起的泡沫溶液發(fā)泡能力的下降主要因?yàn)閄G分子之間的相互作用形成網(wǎng)狀包裹結(jié)構(gòu),降低了表面活性分子其周圍結(jié)合水分子的數(shù)目,從而降低泡沫溶液的發(fā)泡性能。
圖2泡沫溶液發(fā)泡性能隨XG濃度的變化
2.2.2泡沫穩(wěn)定性
泡沫的穩(wěn)定性主要由泡沫的排水、粗化和聚并等多因素決定[10]。雙注射器技術(shù)產(chǎn)生的6種泡沫的圖像見(jiàn)圖3,而6種泡沫的50%析液時(shí)間測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。這6種泡沫在0 s時(shí)有相同的初始體積,在重力作用下發(fā)生泡沫排水現(xiàn)象,600 s后6種泡沫的排水體積之間存在很大的差異,X-0#、X-1#和X-2#樣品泡沫排水量幾乎達(dá)到發(fā)泡前泡沫溶液的初始體積,X-3#泡沫排水量明顯降低,X-4#泡沫的排水體積較3%AFFF的排水體積少。以上結(jié)果表明添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.30%的XG能很好地減緩泡沫排水,使無(wú)氟泡沫和商用泡沫滅火劑有相當(dāng)?shù)呐菽€(wěn)定性。
圖3通過(guò)雙注射器技術(shù)在不同時(shí)間泡沫溶液產(chǎn)生的泡沫
X-1#、X-2#與X-0#樣品的50%析液時(shí)間相近,表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%的XG和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%的XG對(duì)穩(wěn)定泡沫無(wú)明顯作用。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn),僅顯示X-0#、X-3#、X-4#和3%AFFF泡沫形態(tài)隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖4。在形成均質(zhì)泡沫后30 s時(shí),4種泡沫溶液產(chǎn)生的泡沫尺寸大部分為幾十微米,大的不超過(guò)200m。之后由于泡沫之間的壓差,導(dǎo)致泡沫不斷粗化、聚并,在泡沫粗化過(guò)程中,各組泡沫形態(tài)發(fā)生變化。X-0#和X-3#的泡沫在600 s時(shí),泡沫數(shù)量明顯減少,X-0#最大泡沫尺寸達(dá)到239m,添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的XG的X-3#泡沫量也減少,但泡沫粗化現(xiàn)象減弱,XG加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的X-4#樣品泡沫尺寸變化小,最大泡沫尺寸為164m,可見(jiàn)添加X(jué)G對(duì)泡沫的粗化有明顯的抑制作用。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%XG泡沫與3%AFFF有相似的泡沫粗化過(guò)程。
表4 50%析液時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果單位:s
圖4泡沫粗化過(guò)程
2.2.3泡沫擴(kuò)散性分析
測(cè)得環(huán)己烷的表面張力為25.24 mN/m,根據(jù)式(1),6組試驗(yàn)組其擴(kuò)散系數(shù)如表5所示。X-0#、X-1#、X-2#、X-3#和X-4#樣品擴(kuò)散系數(shù)都為負(fù)值。試劑復(fù)配后活性劑分子疏水基水分子之間依然有較大斥力,因此,此配方所產(chǎn)生的泡沫無(wú)法在油面上形成水膜[11]。X-0#、X-1#、X-2#、X-3#和X-4#樣品之間的表面張力和界面張力表現(xiàn)出較小的差異,分別在29.60~30.28 mN/m和2.31~2.65 mN/m之間。表明XG對(duì)泡沫溶液的表面張力和界面張力影響較小,影響表面張力和界面張力的主要原因是表面活性劑的種類。X-4#樣品的粘度變化比較明顯,因?yàn)閄G濃度的增加導(dǎo)致聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng),并且XG與表面活性劑相互作用:通過(guò)靜電、疏水和氫鍵等發(fā)生,這有助于顯著增加溶液粘度的協(xié)同效應(yīng)。
表5泡沫溶液的性能





