本技術(shù)涉及防滅火材料領(lǐng)域，尤其涉及一種二氧化碳基凝膠泡沫的制備及穩(wěn)定性測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化的加速推進(jìn)和自然資源的開(kāi)發(fā)利用，我國(guó)在利用豐富的礦產(chǎn)資源和廣闊的森林面積所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也面臨著礦井采空區(qū)火災(zāi)和森林火災(zāi)頻發(fā)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。森林火災(zāi)因其火勢(shì)蔓延迅速、影響區(qū)域廣泛而難以得到有效控制；而礦井采空區(qū)火災(zāi)則由于其典型的半開(kāi)放及封閉空間特性，加之采空區(qū)內(nèi)遺留的煤炭和木質(zhì)支撐物等易燃物質(zhì)的存在，使得遺煤自燃成為火災(zāi)頻發(fā)的重要原因。

2、采用防滅火凝膠泡沫進(jìn)行火災(zāi)防治已被證明是一種經(jīng)濟(jì)且效果顯著的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常通過(guò)將二氧化碳?xì)怏w通入含有硫脲結(jié)構(gòu)的凝膠中來(lái)制備凝膠泡沫，并通過(guò)測(cè)量凝膠泡沫的尺寸變化、觀察外觀變化以及檢測(cè)力學(xué)性能的變化來(lái)進(jìn)行凝膠泡沫穩(wěn)定性的測(cè)試。

3、然而，由于不同的膠凝劑選擇，所制備的凝膠泡沫的穩(wěn)定性存在顯著差異，導(dǎo)致其在制備過(guò)程中工藝復(fù)雜且成本高昂。此外，凝膠泡沫在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中穩(wěn)定性不佳，容易發(fā)生破裂或氣體逸散的現(xiàn)象。而且，在評(píng)估凝膠泡沫穩(wěn)定性時(shí)，現(xiàn)有的測(cè)試方法存在較強(qiáng)的主觀性，缺乏可靠的量化指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供了一種二氧化碳基凝膠泡沫的制備及穩(wěn)定性測(cè)試方法，以解決凝膠泡沫穩(wěn)定性不足、應(yīng)用范圍受限的問(wèn)題。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種凝膠溶液，按質(zhì)量百分比組成如下：

3、復(fù)配發(fā)泡劑0.2％～1.5％，復(fù)配膠凝劑0.2％～0.8％，交聯(lián)劑0.3％～1.5％，穩(wěn)泡劑0.1％～1.0％，助劑0.2％～1.0％，余量為水；

4、所述凝膠溶液的制備方法如下：

5、將0.2％～0.8％質(zhì)量百分比的復(fù)配凝膠劑和相同濃度范圍內(nèi)的穩(wěn)泡劑按照1:1的質(zhì)量比例混合，得到混合物；

6、將所述混合物加入到燒杯中，并置于水浴鍋中加熱至完全溶解；

7、再向燒杯中加入復(fù)配發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、助劑以及水，并使用攪拌器快速攪拌直至完全發(fā)泡；

8、持續(xù)攪拌直到搖晃燒杯時(shí)，凝膠泡沫不再流動(dòng)，以得到所述凝膠溶液。

9、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述復(fù)配發(fā)泡劑包括0.2％～1.5％質(zhì)量百分比的十二烷基硫酸鈉以及0.2％～1.5％質(zhì)量百分比的脂肪醇聚氧乙烯醚9。

10、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述復(fù)配膠凝劑包括0.2％～0.8％質(zhì)量百分比的聚二甲基硅氧烷和0.2％～0.8％質(zhì)量百分比的羧甲基纖維素鈉。

11、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述交聯(lián)劑包括0.3％～1.5％質(zhì)量百分比的多乙烯多胺或0.3％～1.5％質(zhì)量百分比三羥甲基丙烷。

12、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述穩(wěn)泡劑包括0.2％～0.8％質(zhì)量百分比的羧甲基纖維素鈉或0.2％～0.8％質(zhì)量百分比的吐溫系列。

13、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述助劑包括氫氧化鈉、碳酸鈉或碳酸鈣。

14、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述復(fù)配發(fā)泡劑的制備方法如下：

15、對(duì)多種發(fā)泡劑采用waring?blender法進(jìn)行發(fā)泡效果衡量，所述發(fā)泡劑包括十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、α－烯基磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、仲烷基磺酸鈉、磺化琥珀酸二辛脂鈉鹽、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、椰油酰胺丙基甜菜堿、月桂酰兩性基二乙酸二鈉、月桂酰胺丙基甜菜堿、月桂酰胺丙基氧化銨、脂肪醇聚氧乙烯醚9、月桂基葡糖苷、辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚。

16、設(shè)置攪拌器轉(zhuǎn)速為1500r/min，攪拌時(shí)間為2分鐘，并在攪拌完成后立即讀取容器內(nèi)的泡沫體積和析出液體積，以泡沫體積表征發(fā)泡劑的發(fā)泡效果。

17、對(duì)所述多種發(fā)泡劑的發(fā)泡性能進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)發(fā)泡效果進(jìn)行排序，篩選出發(fā)泡效果最佳的三種發(fā)泡劑。

18、將篩選出的最佳三種發(fā)泡劑進(jìn)行兩兩復(fù)配試驗(yàn)，得到三種復(fù)配發(fā)泡劑，并對(duì)復(fù)配發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn)，設(shè)置攪拌器轉(zhuǎn)速為1500r/min，攪拌時(shí)間為2分鐘，并在攪拌完成后立即讀取容器內(nèi)的泡沫體積和析出液體積，以泡沫體積表征復(fù)配發(fā)泡劑的發(fā)泡效果。

19、最終確定十二烷基硫酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚9作為實(shí)驗(yàn)所用發(fā)泡劑，其中十二烷基硫酸鈉用量為0.2％～1.5％質(zhì)量百分比，脂肪醇聚氧乙烯醚9的用量為0.2％～1.5％質(zhì)量百分比。

20、對(duì)發(fā)泡劑進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，所有發(fā)泡劑的使用量和濃度相同。

21、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種二氧化碳基凝膠泡沫，所述二氧化碳基凝膠泡沫由第一方面所述的凝膠溶液中通入二氧化碳?xì)怏w制得。

22、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種二氧化碳基凝膠泡沫的制備方法，包括：

23、將第一方面所述的凝膠溶液組分?jǐn)嚢杈鶆蚝笾糜?0℃～25℃環(huán)境下放置6～8h；

24、按氣液體積比150∶1或150∶2向上述凝膠溶液中通入二氧化碳溶液，一邊攪拌一邊持續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w，在70℃～80℃條件下反應(yīng)48h，制得二氧化碳凝膠泡沫。

25、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種二氧化碳基凝膠泡沫的穩(wěn)定性測(cè)試裝置，用于測(cè)試第三方面所述的二氧化碳基凝膠泡沫的穩(wěn)定性，包括輸入裝置1，所述輸入裝置1一側(cè)設(shè)有入口處二氧化碳濃度探測(cè)器5。

26、密封活塞板7上下滑動(dòng)設(shè)置在所述輸入裝置1內(nèi)部，且所述密封活塞板7的下表面設(shè)有有若干壓力傳感器；所述密封活塞板7頂部開(kāi)設(shè)有第一入口71凝膠泡沫材料入口，以及與所述入口處二氧化碳濃度探測(cè)器5探頭連接的第二入口72，所述密封活塞板7上還設(shè)有液壓板73。

27、所述輸入裝置1底部開(kāi)設(shè)有可控制開(kāi)啟和關(guān)閉的第一接口11，與泡沫流動(dòng)管路4一端相連接，所述泡沫流動(dòng)管路4的另一端連接至輸出裝置3筒壁上的第二接口31，且所述第一接口11的高度高于所述第二接口31。

28、輸出裝置3遠(yuǎn)離接口31的一側(cè)筒壁上固定有出口處二氧化碳濃度探測(cè)器6，且所述出口處二氧化碳濃度探測(cè)器6的探針設(shè)置于輸出裝置3的內(nèi)側(cè)。

29、所述入口處二氧化碳濃度探測(cè)器5、出口處二氧化碳濃度探測(cè)器6、壓力傳感器8分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備2連接。

30、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述泡沫流動(dòng)管路4靠近所述輸出裝置3一端管壁設(shè)有流量傳感器9。

31、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述壓力傳感器8數(shù)量至少為兩個(gè)。

32、在一種可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述泡沫流動(dòng)管路4的材質(zhì)為聚乙烯。

33、第五方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種二氧化碳基凝膠凝膠泡沫的穩(wěn)定性測(cè)試方法，所述方法包括以下步驟：

34、打開(kāi)密封活塞板上的凝膠泡沫材料入口，將第三方面所述的二氧化碳基凝膠泡沫通過(guò)凝膠泡沫材料入口持續(xù)通入輸入裝置，將二氧化碳濃度探測(cè)器的探針通過(guò)入口伸入輸入裝置；測(cè)試并記錄輸入裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度q1。

35、繼續(xù)向第一入口凝膠泡沫材料入口持續(xù)注入所制備的二氧化碳基凝膠泡沫，等待二氧化碳基凝膠泡沫均勻分布在輸入裝置，測(cè)試并記錄輸入裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度q2。

36、開(kāi)啟輸入裝置底部的第一接口，關(guān)閉凝膠泡沫材料入口，用外用油泵給密封活塞板上的液壓板加壓，使密封活塞板下移至輸入裝置3/4高度處，記錄此時(shí)密封活塞板的位置和壓力傳感器的讀數(shù)p1；待凝膠泡沫在輸出裝置上均勻鋪展后，測(cè)試并記錄輸出裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度q3。

37、測(cè)量并記錄輸出裝置中的二氧化碳基凝膠泡沫的堆積高度h1。

38、通過(guò)對(duì)比穩(wěn)定狀態(tài)下輸入裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度q2與輸出裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度q3。

39、通過(guò)對(duì)比穩(wěn)定狀態(tài)下輸出裝置中的二氧化碳基凝膠泡沫的堆積高度h1和輸入裝置中二氧化碳基凝膠泡沫的高度。

40、計(jì)算輸入裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度q2和輸出裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度q3的差異率。

41、記錄外用油泵施加不同壓力下的輸入裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度和輸出裝置中的二氧化碳?xì)怏w濃度差異率。

42、在相同溫度等環(huán)境條件下，經(jīng)歷過(guò)相同的加壓次數(shù)和加壓壓力后，比較不同成分比例的二氧化碳基凝膠泡沫的輸入裝置和輸出裝置的二氧化碳濃度差異率。

43、在相同溫度等環(huán)境條件下，經(jīng)歷過(guò)不同的加壓次數(shù)和加壓壓力后，比較相同成分比例的二氧化碳基凝膠泡沫的輸入裝置和輸出裝置的二氧化碳濃度差異率。

44、本技術(shù)實(shí)施例提供的凝膠溶液中，復(fù)配發(fā)泡劑包括十二烷基硫酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚9，這兩種物質(zhì)能夠共同作用，不僅能夠形成穩(wěn)定的泡沫，還能提高凝膠溶液的整體穩(wěn)定性，即使在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中也能保持良好的狀態(tài)。復(fù)配膠凝劑包括聚二甲基硅氧烷和羧甲基纖維素鈉，二者能夠協(xié)同作用，形成柔軟、光滑且具有較好持水能力的凝膠結(jié)構(gòu)。使得凝膠在長(zhǎng)時(shí)間放置后仍能保持原有的形態(tài)，不易干燥。交聯(lián)劑包括多乙烯多胺或三羥甲基丙烷，能夠促進(jìn)凝膠內(nèi)部分子之間的交聯(lián)，增強(qiáng)凝膠的粘結(jié)性和彈性。穩(wěn)泡劑包括羧甲基纖維素鈉或吐溫系列，能夠通過(guò)其粘性特性在泡沫膜之間形成一層保護(hù)層，增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性。助劑包括氫氧化鈉、碳酸鈉或碳酸鈣，可以調(diào)節(jié)ph值，并提供一定的緩沖作用，有助于提高凝膠的機(jī)械強(qiáng)度和泡沫穩(wěn)定性。

45、本技術(shù)實(shí)施例提供的一種二氧化碳基凝膠泡沫是由凝膠溶液通入二氧化碳制得的，凝膠溶液發(fā)泡后，形成的泡沫具有較高的堆積高度，這意味著泡沫能夠占據(jù)更大的空間；凝膠泡沫還能夠保持水分，確保泡沫在使用過(guò)程中保持濕潤(rùn)。凝膠泡沫發(fā)泡后，二氧化碳?xì)怏w被凝膠穩(wěn)定包裹，可以在保持可燃物表面濕潤(rùn)的同時(shí)隔絕氧氣，泡沫破裂后釋放的惰性氣體進(jìn)一步抑制可燃物表面與氧氣的接觸，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的隔氧阻燃效果。這對(duì)于消防領(lǐng)域具有重要意義，可以提高滅火效率，減少火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

46、本技術(shù)實(shí)施例提供的一種二氧化碳基凝膠泡沫的穩(wěn)定性測(cè)試裝置，可以更換不同的管路及設(shè)定不同的輸送壓力。這種靈活性使得裝置能夠模擬不同的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，評(píng)估泡沫在不同條件下的表現(xiàn)，從而提高測(cè)試結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確度。

47、本技術(shù)實(shí)施例提供的一種二氧化碳基凝膠泡沫穩(wěn)定性測(cè)試方法，通過(guò)模擬實(shí)際應(yīng)用中的流動(dòng)條件(如輸送壓力)，測(cè)試方法可以評(píng)估泡沫在動(dòng)態(tài)條件下的穩(wěn)定性，即泡沫在流動(dòng)過(guò)程中的變化情況。還評(píng)估凝膠泡沫在未受到外力作用時(shí)的穩(wěn)定性，即在靜態(tài)條件下泡沫的持久性和結(jié)構(gòu)完整性。不僅考慮了泡沫在靜態(tài)條件下的穩(wěn)定性，還考慮了在流動(dòng)條件下的穩(wěn)定性，提供了更為全面的評(píng)估手段。