Giá Trị Ph Và Σ Của Các Mẫu Bọt Bền Rượu Tại Thời Điểm Ban Đầu

3.2.4.2. Nghiên cứu lựa chọn các chất phụ gia

Tương tự như chất tạo bọt tạo màng nước đã được nghiên cứu trong mục 3.1.5, sử dụng thành phần phụ gia đó để nghiên cứu chất tạo bọt tạo màng nước bền rượu. Các chất phụ gia gồm: butyl diglycol, glycerin, HEC và Urea. ết quả nghiên cứu thu được hàm lượng các phụ gia lần lượt là 5% butyl diglycol , 3% glycerin, 1,2% HEC, 2,5% Urea.

Chế tạo mẫu chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu có thành phần gồm 55,7% 4 chất HĐBM tối ưu hóa (hệ AR1) với 1,6% xanthan gum, 5% butyl diglycol, 3% glycerin, 2,5% Urea, 1,2% HEC và 31% nước. Lấy 1% mẫu chất tạo bọt này pha vào 99% nước được dung dịch tạo bọt, xác định pH và σ tại thời điểm ban đầu trước khi ủ nhiệt. ết quả thu được, được trình bày tại bảng 3.40.

Bảng 3.40. Giá trị pH và σ của các mẫu bọt bền rượu tại thời điểm ban đầu

Thời gian (giờ)

AR1 + 5%

butyl diglycol

AR1 + 3,0%

glycerin

AR1 +

2,5% Urea

AR1 + 1,2% HEC

AR1 và 04 phụ gia trên

7,32

7,43

7,25

7,39

7,25

σ (mN/m)

16,91

16,94

16,84

16,92

16,97

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 136 trang tài liệu này.

Tiền hành ủ đẳng nhiệt ở 150°C trong 8h, xác định sự biến thiên pH và SCBM của các mẫu dung dịch theo các mốc thời gian khác nhau, kết quả được trình bày trong bảng 3.41.

Bảng 3.41. Biến thiên pH và σ của các mẫu bọt bền rượu theo thời gian ủ nhiệt

Thời gian (giờ)

AR1 + 5% butyl diglycol		AR1 + 3,0% glycerin		AR1 + 2,5% Urea		AR1 + 1,2% HEC		AR1 và 04 phụ gia trên
ΔpH	Δσ	ΔpH	Δσ	ΔpH	Δσ	ΔpH	Δσ	ΔpH	Δσ
1	0,22	0,30	0,31	0,26	0,21	0,21	0,25	0,28	0,15	0,22
2	0,24	0,32	0,33	0,22	0,22	0,22	0,24	0,22	0,14	0,23
3	0,21	0,38	0,32	0,29	0,24	0,24	0,28	0,21	0,18	0,21
4	0,22	0,32	0,31	0,23	0,26	0,26	0,26	0,26	0,21	0,23
6	0,31	0,38	0,30	0,22	0,21	0,21	0,26	0,22	0,20	0,21
8	0,27	0,40	0,31	0,23	0,27	0,29	0,28	0,28	0,21	0,22

ết quả cho thấy khi có mặt cả 4 chất phụ gia thì sự biến thiên pH và SCBM của hệ vật liệu nhỏ nhất so với các hệ còn lại và sự thay đổi không đáng kể trong thời gian ủ nhiệt. Điều này chứng tỏ hệ tương hợp tốt và có khả năng bền nhiệt, để chứng minh tính bền nhiệt cần tiền hành thử nghiệm, đánh giá khả năng chữa cháy và chống cháy lại.

3.2.4.3. Xác định hệ số lan truyền

Xác định hệ số lan truyền của hệ AR1 và 4 phụ gia cho kết quả trình bày tại bảng 3.42.

Bảng 3.42: ết quả xác định hệ số lan truyền

Lần thí nghiệm

SCBM σA (mN/m)	SCBM σF (mN/m)	SCBM σI (mN/m)	Hệ số lan truyền S
1	24,55	17,26	3,33	3,96
2	24,22	17,46	3,35	3,41
3	24,19	17,57	3,32	3,30
Trung bình	24,32	17,43	3,33	3,56

Kết quả hệ số lan truyền của các mẫu chất tạo bọt tính toán được là 3,56 mN/m cao hơn so với hệ chỉ gồm các chất HĐBM (3,35 mN/m) chứng tỏ các phụ thêm vào có khả năng cải thiện khả năng lan truyền của bọt. Với giá trị hệ số lan truyền này cho thấy chất tạo bọt tạo màng nước bền rượu có khả năng lan truyền trên trên bề mặt nhiên liệu dễ cháy.

3.2.5. Khảo sát thứ tự đồng hóa

Các chất HĐBM trong hệ bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu không xảy ra phản ứng hóa học với nhau mà chủ yếu là sự phát nhiệt do quá trình hydrat hóa nên khi khảo sát thứ tự đồng hóa cần xác định sự thay đổi nhiệt độ của dung dịch và trạng thái của dung dịch. ết quả khảo sát thứ tự đồng hóa được trình bày tại bảng 3.43.

Bảng 3.43: ết quả khảo sát thứ tự đồng hóa

FB + H2O

Thứ tự đồng hóa			Δ t (0C)	Trạng thái dung dịch
1	2	3	Δ t (0C)	Trạng thái dung dịch
A	SLES	NPE	PFAC	0,2	---
B	SLES	PFAC	NPE	0,3	---
C	NPE	SLES	PFAC	0,1	---

NPE	PFAC	SLES	0,3	---
E	PFAC	SLES	NPE	0,1	+++
F	PFAC	NPE	SLES	0,2	++-

Trong đó: +++: dung dịch trong hoàn toàn và ít bọt tạo thành

++-: dung dịch có nhiều bọt nhỏ

---: dung dịch nhiều bọt, lâu vỡ

ết quả cho thấy với thứ tự đồng hóa là FB sau đó đến hai chất HĐBM fluor hóa là FB và PFAC đến SLES và cuối cùng là NPE sẽ cho hệ bọt tốt nhất. Tiếp tục nghiên cứu phối trộn các phụ gia, dựa trên các thông số thời gian bán hủy, thời gian khuấy trộn và SCBM. ết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.44 dưới đây.

Bảng 3.44. ết quả khảo sát thứ tự phối trộn các chất trong bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu

STT

Thứ tự huấy trộn	Thời gian huấy trộn (Ph t)	Thời gian bán hủy (Ph t:giây)	Sức căng bề mặt (mN/m)
1	ABCD	38	5:47	17,45
2	ABDC	34	5:40	17,39
3	ACBD	53	6:07	17,50
4	ACDB	62	6:15	17,44
5	ADBC	47	6:13	17,48
6	ADCB	65	6:16	17,55
7	BACD	43	6:11	17,45
8	BADC	30	6:12	17,41
9	BCAD	53	6:07	17,41
10	BCDA	50	6:16	17,43
11	BDAC	45	6:05	17,40
12	BDCA	41	6:12	17,51
13	CABD	45	6:14	17,47
14	CADB	42	6:12	17,46
15	CBAD	65	6:13	17,50
16	CBDA	57	6:17	17,52

CDAB	41	6:11	17,45
18	CDBA	43	6:13	17,47
19	DABC	55	6:14	17,46
20	DACB	50	6:24	17,44
21	DBAC	55	6:07	17,44
22	DBCA	57	6:16	17,51
23	DCAB	59	6:13	17,52
24	DCBA	62	6:17	17,54

Trong đó: A: Glyxerin

B: Butyldiglycol C: Ureaa

D: Xanhthan gum + HEC

Kết quả cho thấy, khi thay đổi thứ tự phối trộn thì thời gian bán hủy và SCBM của hệ vật liệu hình thành thay đổi trong khoảng nhỏ nhưng có sự thay đổi về thời gian khuấy trộn. Tại thứ tự khuấy trộn: butyldiglycol; glyxerin; hydroxyethyl cellulose + xanhthan gum; Urea tương ứng với thứ tự 6; 7; 8; 9 cho thời gian khuấy ngắn nhất là 30 phút. Do vậy thứ tự phối trộn các chất trong qua trình chế tạo bọt màng nước bền rượu được sắp xếp theo thứ tự như sau: Nước; FB và PFAC cần được đồng hóa trước sau đó đến chất hoạt động bề mặt anion SLES và chất hoạt động bề mặt nonion NPE và tiếp theo là các chất phụ gia butyldiglycol; glyxerin; hydroxyethyl cellulose + xanhthan gum; Urea.

3.2.6. hảo át th i gian khuấy và tốc độ khuấy

Khảo sát thời gian khuấy và tốc độ khuấy tiến hành như sau: Pha 1375g Nước; 555g FB; 1135 g SLES; 565g NPE; 530g PFAC; 250g Butyldiglycol; 150g Glyxerin; 80g Xanhthan gum + 60g HEC; 125g Urea và phối trộn các hóa chất theo thứ tự Nước; FB; SLES; NPE; PFAC; butyldiglycol; glyxerin; hydroxyethyl cellulose + xanhthan gum; Urea tương ứng với thứ tự phối trộn 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9, thành 5000g dung dịch. Tiến hành khuấy đến khi hệ đồng nhất và đo thời gian khuấy trộn. Lấy dung dịch chất tạo bọt vừa chế tạo pha trộn với nước để tạo thành dung dịch bọt 1% và xác định các thông số như: Thời gian bán phân hủy, sức căng bề mặt. Các kết quả thu được trình bày tại bảng 3.45 như sau:

Bảng 3.45. ết quả khảo sát thời gian khuấy và tốc độ khuấy của bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu

Tốc độ huấy (V/ph)	Thời gian huấy (Ph t)	Độ đồng nhất của dung dịch	Thời gian bán hủy	Sức căng bề mặt (mN/m)
1	50	300	Đồng nhất	6:12	17,42
2	100	146	Đồng nhất	6:13	17,33
3	150	73	Đồng nhất	6:18	17,51
4	180	50	Đồng nhất	6:17	17,29
5	200	48	Đồng nhất	6:13	17,33

Kết quả khảo sát tốc độ khuấy, khi tốc độ khuấy tăng thì thời gian khuấy giảm, khi tốc độ tăng đến 200 vòng/phút thì thời gian khuấy giảm không đáng kể , do vậy luận án lựa chọn thời gian khuấy 180 vòng/phút để sản xuất chất tạo bọt chữa cháy bền rượu.

Hình 3.9. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đối với chất tạo bọt bền rượu

Từ các kết quả khảo sát nồng độ tối ưu các thành phần chế tạo, thứ tự đồng hóa và thời gian khuấy trộn, xác định đượ công thức chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu 1% được trình bày tại bảng 3.46.

Bảng 3.46. Công thức chế tạo chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu

STT

Thành phần	Nồng độ (%)
1	Fluoroalkyl betaine (FB)	11,1
2	Sodium laury ether sunfate (SLES)	22,7

Nonyl phenol ethoxylate (NPE)	11,3
4	Partially fluorinated acrylic copolymer (PFAC)	10,6
5	Hydroxyethyl cellulose (HEC)	1,2
6	Xanthan gum	1,6
7	Urea	2,5
8	Glycerin	3,0
9	Butyl diglycol	5,0

Sử dụng công thức này để chế tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu, sau đó kiểm tra các thông số k thuật chính của sản phẩm. ết quả thu được, được trình bày trong bảng 3.47 như sau:

Bảng 3.47. ết quả kiểm tra thông số k thuật chính của chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu

STT

Chỉ tiêu	Nồng độ 1%
Chỉ tiêu	Lần 1	Lần 2
1	Độ nở (lần)	5,6	5,5
2	Thời gian bán hủy (phút:giây)	4:28	4:37
3	pH	7,4	7,3
4	hối lượng riêng ở 250C (g/cm3)	1,032	1,030
5	Hiệu quả dập cháy (giây)	168	155
6	Mức chống cháy lại (giây)	651	659

Kết quả xác định thông số k thuật chính của sản phẩm chất tạo bọt chữa cháy tạo màng nước bền rượu 1% đạt yêu cầu cả về k thuật và hiệu quả dập cháy theo TCVN 7278 – 3 : 2003.

3.3. Nghiên cứu sử dụng một số hợp chất chứa silic trong nâng cao đặc tính bọt chữa cháy

3.3.1. Ảnh hưởng của một số hợp chất chứa silic đến tính chất dung dịch AFFF

Luận án lựa chọn natri silicat, gel silica và chất hoạt động bề mặt siloxan để nghiên cứu. Đây là 3 hợp chất đang được các nhà khoa học quan tâm để tạo ra loại bọt mới vừa thân thiên với môi trường, vừa có hiệu quả dập cháy nhanh. Đến nay, chưa có nghiên cứu nào so sánh hiệu quả cũng như ảnh hưởng của cả 3 hợp chất này đến bọt chữa cháy AFFF.

AFFF-natrisilicat (mN/m)

AFFF-gel silica (mN/m)

AFFF-siloxan (mN/m)

0,5

Nồng độ %

1,5

Sức căng bề mặt (mN/m)

Để đánh giá ảnh hưởng của các hợp chất này đến chất tạo bọt chữa cháy, tiến hành khảo sát ảnh hưởng của chúng đến SCBM của dung dịch nước. Tiến hành phân tán natri silicat, gel silica và chất HĐBM siloxan trong môi trường nước. ết quả thu được phản ánh sự ảnh hưởng của các chất này đến SCBM nước/không khí. Hàm lượng các chất được thay đổi trong khoảng từ 0 – 2,0 % khối lượng. ết quả được trình bày như hình 3.10.

Hình 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng hợp chất chứa silic đến SCBM của dung dịch nước

ết quả cho thấy natri silicat và gel silica không làm thay đổi nhiều đến SCBM của nước. Giá trị SCBM thay đổi ít khi tăng nồng độ từ 0 - 2%. Điều này được giải thích là các hạt silica có trong natrisilicat và gel silica sau khi hấp phụ lên bề mặt liên diện hai pha không khí-nước, với đặc tính ưa nước phần lớn hơn của bề mặt hạt nằm trong pha nước nên góc θ được đo trong pha nước thường < 90° (Hình 3.11). hác với chất HĐBM, các hạt nano không tan trong chất lỏng nên không làm giảm SCBM [69]. Vì vậy SCBM của nước không bị ảnh hưởng nhiều, đạt giá trị khá cao trên 70 mN/m.

Không khí

Nước

Hình 3.11: Hạt silica tại giao diện không khí/nước

Truy nhiên, siloxan là chất HĐBM nên nó có khả năng làm giảm SCBM của dung dịch nước. Với dung dịch nồng độ 2% siloxan SCBM được xác định đạt giá trị là 20,8 mN/m. ết quả cũng cho thấy khi tăng dần nồng độ siloxan thì SCBM của dung dịch giảm dần.

Tiếp tục khảo sát sự ảnh hưởng của các hợp chất này đến SCBM của nước khi có sự xuất hiện của hỗn hợp các chất HĐBM. ết quả xác định SCBM của dung dịch AFFF sau khi thêm natri silicat, gel silica và siloxan với nồng độ thay đổi từ 0

17,2

16,8

16,6

AFFF-natrisilicat (mN/m)

AFFF-gel silica (mN/m)

AFFF-siloxan (mN/m)

16,4

16,2

15,8

0,5

1,5

2,5

Nồng độ %

Sức căng bề mặt (mN/m)

- 2,0% khối lượng. ết quả được trình bày như hình 3.12 dưới đây:

Hình 3.12. Ảnh hưởng của hàm lượng hợp chất chứa silic đến SCBM của dung dịch AFFF

ết quả cho thấy với natri silicat khi tăng nồng độ từ 0-1,0% khối lượng thì SCBM của dung dịch giảm dần từ 17,1 mN/m xuống còn 16,18 mN/m. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nồng độ natri silicat lên 2% thì sức căng của dung dịch giảm không