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表面活性劑對碳氫清洗劑自燃點的影響研究
1 引言
工業清洗業是一門新興行業,在我國只有20年的發展歷史。經過20年的快速發展,已經取得了很大的,在我國被譽為“朝陽產業”[1]。碳氫化合物由于不含ODS(破壞臭氧物質)物質,對大氣臭氧層沒有損害而有利于環保,因此受到環保部門及用戶的歡迎,已經成為當前清洗行業的主流。雖然碳氫清洗劑有著環保、無毒、清洗性能好、價格便宜等優點,但其缺點也很明顯,碳氫清洗劑是可燃液體,容易燃燒和爆炸,火災危險性較大[2]。
液體化學品的火災危險性與其自燃點、閃點等物理化學性質密切相關,而自燃點是評價易燃可燃液體火災和爆炸危險性的重要指標之一。自燃點是物質在空氣中加熱,在沒有火焰移近的情況下自行著火的溫度。自燃點越低的液體,受熱時越容易自燃起火,因而火災危險性越大[3]。
本文根據生產企業遇到的實際防火安全問題,利用表面活性劑將清洗劑進行改性處理,通過實驗系統研究了表面活性劑種類、含量及配比對碳氫清洗劑自燃點的影響,了佳的表面活性劑種類和添加量,從根本上降低了碳氫清洗劑的火災危險性。
2 實驗部分
2.1 實驗原料
KX–101通用碳氫清洗劑,深圳金科技有限公司;
表面活性劑:AEO–9脂肪醇聚氧乙烯醚,乙氧基脂肪醇,滲透劑JFC,SE–10脂肪酸聚氧乙單酯,FA–20脂肪醇聚氧乙烯醚,烷基酚聚氧乙烯醚,SPAN–80,TWEEN 60,AESM醇醚磺基琥珀脂單脂二鈉鹽,氟碳402,均為市售工業品。
2.2 實驗設備
HY5332A型自動引燃溫度測定儀,天津消防科研所研制;
WSB-Ⅱ型d/o白度計,溫州儀器儀表有限公司。
2.3 實驗方法
2.3.1 自燃點測定
液體的自燃點不是物性參數,它不僅與其本性有關,而且還受壓力、蒸氣濃度、氧含量、催化劑、容器尺寸等因素的影響。本文按照國家標準GB/T 5332-2007《可燃液體和氣體引燃溫度試驗方法》,對添加不同種類、不同含量、不同配比表面活性劑的碳氫清洗劑試樣進行自燃點測試。
2.3.2 清洗能力檢測
將8cm×8cm的干凈白布片,浸泡在柴油中30min,然后懸掛于真空烘箱,室溫真空干燥1h,作為油污白布片備用。
將油污白布片分別用選取的清洗劑對其進行清洗,然后利用WSB-Ⅱ型d/o白度計進行白度測定,根據白度值,判定清洗劑的清洗能力。
3 結果與討論
3.1 表面活性劑種類對碳氫清洗劑自燃點的影響
分別配制10g添加5.0%含量的各類表面活性劑的碳氫清洗劑試樣,然后對試樣進行自燃點測試。在不添加任何表面活性劑的情況下,碳氫清洗劑的自燃點為200.0℃。添加5.0%的各類表面活性劑后,碳氫清洗劑的自燃點有不同程度的提高。添加乙氧基脂肪醇和SPAN–80后的碳氫清洗劑的自燃點有10℃以上的提高,效果較好;提高幅度大的是添加氟碳402后的碳氫清洗劑,自燃點達到了326.0℃,提高了63%;其它表面活性劑對碳氫清洗劑的自燃點提高作用不太明顯。
3.2 氟碳402的添加量對碳氫清洗劑自燃點的影響
分別配制10g的添加不同含量的氟碳402的碳氫清洗劑試樣,對試樣進行自燃點測試,圖1。
從表2和圖1可以看出,添加氟碳402對碳氫清洗劑自燃點的影響十分顯著,添加0.5%的氟碳402即可使自燃點提高128℃,提高了64%。氟碳402的含量在0.5%～2.0%時,自燃點隨氟碳402的含量增加而增加;2.0%～5.0%時,自燃點隨氟碳402的含量增加而降低;2.0%以上時試樣中有黃色油滴出現,這可能與氟碳402在碳氫清洗劑中的溶解度有關。
由于氟碳402具有優良的發泡性,在碳氫清洗劑的表面形成了的泡沫,阻礙了碳氫清洗劑蒸氣與空氣的接觸,使其蒸氣難以與空氣形成爆炸性混合氣體,因而使碳氫清洗劑的自燃點得到提高。同時,氟碳402的低表面張力與高表面活性使其在很低的使用濃度下就能使液體表面張力顯著降低[4],其效果是其它表面活性劑*的。低的表面張力使泡沫能夠更好地在液面鋪開,增大了泡沫的覆蓋面積,加強了泡沫的隔斷空氣作用。
氟碳402含量為0.5%時,氣泡形成較少,但同樣使碳氫清洗劑的自燃點顯著提高,說明低表面張力下的泡沫覆蓋作用并不是使碳氫清洗劑自燃點提高的*因素。從分子結構上看,氟碳402擁有C-F鍵;而碳氫清洗劑的分子結構以CnH2n+2的正構烷烴、異構烷烴和環烷烴為主。氟原子電負性很大,一是使C-F鍵具有很強的極性[4];二是可能與碳氫清洗劑中的氫原子組成氫鍵[5]。在這兩個因素作用下,氟碳402與碳氫清洗劑混合溶液的分子間力大大加強。而自燃點與分子間力成正比關系,分子間力越大,蒸發越困難,自燃點越高[3]。
3.3 表面活性劑三元復配物對碳氫清洗劑自燃點的影響
選擇氟碳402、乙氧基脂肪醇和SPAN 80進行三元復配,通過正交試驗考察三元復配物對碳氫清洗劑自燃點的影響。三元復配正交試驗結果的極差(反映各因素對指標影響,極差越大影響越大)的大小順序為:RA＞RC＞RB,即在三元復配正交試驗中,氟碳402的影響大,SPAN 80的影響次之,乙氧基脂肪醇的影響小。再根據各因素各水平和數(Ⅰj、Ⅱj、Ⅲj)的大小,氟碳402取2水平,乙氧基脂肪醇取1水平或3水平,SPAN 80取3水平,后得出優的三元復配組合:A2B1C2或A2B3C2,即氟碳402的含量為1.5%,乙氧基脂肪醇的含量為1.0%,SPAN 80的含量為4.0%的三元復配物或氟碳402的含量為1.5%,乙氧基脂肪醇的含量為4.5%,SPAN 80的含量為4.0%的三元復配物。
分別配制10 g的添加氟碳402的含量為1.5%,乙氧基脂肪醇的含量為1.0%,SPAN 80的含量為4.0%的三元復配物和氟碳402的含量為1.5%,乙氧基脂肪醇的含量為4.5%,SPAN 80的含量為4.0%的三元復配物的碳氫清洗劑試樣,混合均勻后進行自燃點測試,結果分別為:自燃點是342.0℃和340.0℃。根據配置的性選擇:氟碳402的含量為1.5%,乙氧基脂肪醇的含量為1.0%,SPAN 80的含量為4.0%的三元復配物,其自燃點是342.0℃。
3.4 清洗能力檢測
分別選取自來水、未改性的碳氫清洗劑、氟碳402的添加量為2.0%的碳氫清洗劑和3.3中的三元復配表面活性劑改性的碳氫清洗劑(氟碳402的含量為1.5%,乙氧基脂肪醇的含量為1.0%,SPAN 80的含量為4.0%),對其油污白布片進行清洗,對其清洗能力進行檢測。各清洗劑清洗過的油污布片的白度均未達到干凈的白布的白度,其中自來水的清洗能力差,為65.2,只比油污布片的白度略有提高。與純碳氫清洗劑的清洗能力(白度為79.2)相比,只有的三元復配表面活性劑改性的碳氫清洗劑的清洗能力都有所提高,白度達88.3,這是由于乙氧基脂肪醇和SPAN 80本身具有一定的清洗能力,所以不會使碳氫清洗劑的清洗能力下降,反而會有一定程度的提高;添加氟碳402的碳氫清洗劑清洗能力稍有下降,雖加入氟碳402后碳氫清洗劑的自燃點有很大程度提高,但可能由于氟碳402其本身不具有清洗能力所致,所以改性后的碳氫清洗劑清洗能力稍有下降。
4 結論
通過不同種類表面活性劑及其復配物對碳氫清洗劑自燃點影響的實驗研究,得出以下結論。
(1)表面活性劑的加入使碳氫清洗劑的自燃點有不同程度的提高。在實驗所用的10種表面活性劑中,氟碳402對碳氫清洗劑的自燃點提高為顯著,當其添加量為2.0%時,將碳氫清洗劑自燃點從200.0℃提高到了336.0℃,提高了68%,已較為安全。
(2)通過正交試驗,確定了氟碳402的含量為1.5%,乙氧基脂肪醇的含量為1.0%,SPAN 80的含量為4.0%的三元復配物,其改性的碳氫清洗劑自燃點達342.0℃。
(3)從自燃點提高程度和清洗能力兩方面考慮,三元復配表面活性劑改性的碳氫清洗劑為擇。
