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LUMiFuge在A类泡沫灭火剂研究上的应用
2021/10/12 09:55
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方案摘要：
产品配置单：
罗姆稳定性分析仪LUMiFuge ® 111
型号： LUMiFuge ® 111
产地： 德国
品牌： 罗姆
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方案详情：
A类泡沫灭火剂通常装载在消防车上，其混合比为0.1%～1%，灭火剂的有效含量高，是一个多组分、浓缩的体系。A 类泡沫灭火剂主要由发泡剂、渗透剂、阻燃剂、降凝剂、稳泡剂、增稠剂和助溶剂等组成。
影响其稳定性的可变因素很多，不同离子类型的表面活性剂混合在一起，其亲水基之间相互作用、疏水基之间相互缠绕，有可能产生分层、沉淀、结聚等非均相现象，因此对其稳定性评价是这类泡沫灭火剂研发过程中的一项重要工作。
液体稳定性的常规评价方法一般是将液体长时间放置在透明的容器中，用肉眼去观察随时间的分相情况。该方法不仅需要的时间长，而且受观察者的主观因素影响，很难得到客观精确的数据。由于泡沫灭火剂中各组分的密度、色度等指标相差较小， 用肉眼很难观察到是否均相，当肉眼观测到非均相时为时已晚，泡沫灭火剂可能早已失效。
本文利用LUMiFuge 稳定性分析仪，对研制的A类泡沫灭火剂配方，进行了在不同温度、转速下的稳定性测试，并寻找出影响其稳定性的因素和规律。
1．测试原理
使用近红外光源不断照射整个样品，与之平行的检测器随时间连续监测并反应样品的透光率变化，从而形成样品在分离过程的空间和时间透光率图谱。
2. 样品和仪器准备：
2.1 仪器型号：LUMiFuger稳定性分析仪（加速型）
2.2 试剂：
椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB）：工业级，市售，含量35%；十二烷基硫酸钠（K12）：工业级，市售，含量 90% ；癸基硫酸钠（K10）：工业级，市售，含量 30%；α-烯基磺酸钠（AOS）：工业级，市售，含量30%；乙二醇丁醚（EB）：工业级，市售，含量99%；乙二醇（EG）：工业级，市售，含量99%。
A类泡沫灭火剂样品准备：
依据分子结构、溶解性能、发泡性能以及泡沫灭火剂配方的物化性能和灭火性能，自行研制了A 类泡沫灭火剂配方（编号为A1），主要组分的质量百分数分别为：
两性表面活性剂CAB：50%；阴离子表面活性剂K10：15% ，K12：1.5% ，AOS：25% ；稳泡剂 EB：5%；助溶剂EG：3.5%。
2.3 测试条件：用于测量的参数4000rpm，14.8h，温度20℃和4000rpm，15h，温度60度。
3. 结论与讨论
3.1 不同离子型表面活性剂配伍时的稳定性。
3.1.1 等摩尔比的两性、阴离子表面活性剂。
为计算方便，将配方A1 中各组分百分含量折算成物质的量浓度（其中表面活性剂的分子量是根据厂家提供的碳链分布计算得到），如表 1 所示。其稳定性测试结果如图1 所示。表1 配方A1表面活性剂物质的量浓度 mmol/L
表1
图1中，在试管上部液面，即108~110 mm 处有较明显的分层，说明配方A1 的稳定性较差，试验初期就出现分层现象。
同时，经存放1 年多的同种灭火剂样品，在其稳定性考察中也发现灭火剂液面有分层发生，这就说明稳定度分析仪在较短时间内的测试结果可以有效地反映出泡沫灭火剂溶液体系的长期稳定性。
从上面表1计算可得，阴离子表面活性剂的总浓度为 461 mmol/L，与两性表面活性剂的浓度 455 mmol/L 相接近。而两性表面活性剂分子中阳离子与阴离子表面活性剂分子中的阴离子阴阳相吸， 形成了大分子缔合物，减少了亲水基团的数量，疏水基明显增长，因此缔合物的水溶性降低，造成体系失衡，形成不稳定体系。
3.1.2 两性、阴离子表面活性剂物质的量浓度相差10%。
在配方A1 中，增加 45 mmol/L 两性表面活性剂CAB 形成新配方A2，即两性、阴离子表面活性剂摩尔比为1.08‥1。配方A2 分别在20℃和60℃的稳定性谱图分别见图2、图3。
图2表明配方没有明显的分层现象，与图1 相比，说明在20℃下，配方A2稳定性比配方A1强。
图3表明在液面109~114 mm 处较短时间内有较多分层现象，说明配方A2 在60℃时初期也是不稳定的。
试验表明：当两性、阴离子表面活性剂物质的量浓度相差10%时，体系也是不稳定的，温度越高，体系越不稳定。
3.1.3 两性、阴离子表面活性剂物质的量浓度相差20%.
在配方A1 中，加入 91 mmol/L 的两性表面活性剂CAB 时，形成配方A3，即两性、阴离子表面活性剂摩尔比为1.2：1，见图4。
加入86 mmol/L 的阴离子表面活性剂AOS，形成配方A4，即两性、阴离子表面活性剂摩尔比为1：1.2。在60℃、4 000 r/min下测试15 h，其谱图见图5。
从图4、图5 可看出，当两性、阴离子表面活性剂物质的量浓度相差20%时，即可形成较稳定体系。
3.2 有机溶剂对体系稳定性的影响.
在配方A1 中，分别加入质量百分数为 5%、10%的乙醇和1,2-丙二醇，并设定温度为60℃，试验结果表明：无明显分层现象发生。
在60℃下的稳定性见图6~图9。
从图6~图9可看出，1,2-丙二醇的增溶性比乙醇强，因在相同浓度下，1,2-丙二醇的谱图重合性更高。同时加入乙醇时，泡沫灭火剂的黏度变小， 流动性增加，因此配方中同时加入乙醇和1,2-丙二醇，既能够提高A 类泡沫灭火剂配方体系的稳定性，又有助于提高体系的流动性和应用效果。
4.总结
两性表面活性剂分子中阳离子与阴离子表面活性剂分子中的阴离子形成的大分子缔合物，降低了泡沫灭火剂混合体系的水溶性，容易形成不稳定体系。当两者的摩尔比越接近，体系的稳定性越差；当两种表面活性剂的摩尔比之差超过20%后，容易形成稳定体系。同时，有机溶剂的加入，有助于提高泡沫灭火剂配方体系的稳定性。
参考文献：A类泡沫灭火剂稳定性研究 作者：谈龙妹等 中国石化安全工程研究院
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