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表面活性剂对碳氢清洗剂自燃点的影响研究

点击次数:792 发布时间:2016-06-29

1 引言 
  工业清洗业是一门新兴行业,在我国只有20年的发展历史。经过20年的快速发展,已经取得了很大的进步,在我国被誉为“朝阳产业”[1]。碳氢化合物由于不含ODS(破坏臭氧物质)物质,对大气臭氧层没有损害而有利于环保,因此受到环保部门及用户的欢迎,已经成为当前清洗行业的主流。虽然碳氢清洗剂有着环保、无毒、清洗性能好、价格便宜等优点,但其缺点也很明显,碳氢清洗剂是可燃液体,容易燃烧和爆炸,火灾危险性较大[2]。 
  液体化学品的火灾危险性与其自燃点、闪点等物理化学性质密切相关,而自燃点是评价易燃可燃液体火灾和爆炸危险性的重要指标之一。自燃点是物质在空气中加热,在没有火焰移近的情况下自行着火的温度。自燃点越低的液体,受热时越容易自燃起火,因而火灾危险性越大[3]。 
  本文根据生产企业遇到的实际防火安全问题,利用表面活性剂将清洗剂进行改性处理,通过实验系统研究了表面活性剂种类、含量及配比对碳氢清洗剂自燃点的影响,优选了佳的表面活性剂种类和添加量,从根本上降低了碳氢清洗剂的火灾危险性。 
   
  2 实验部分 
  2.1 实验原料 
  KX–101通用碳氢清洗剂,深圳金承诺科技有限公司; 
  表面活性剂:AEO–9脂肪醇聚氧乙烯醚,乙氧基脂肪醇,渗透剂JFC,SE–10脂肪酸聚氧乙单酯,FA–20脂肪醇聚氧乙烯醚,烷基酚聚氧乙烯醚,SPAN–80,TWEEN 60,AESM醇醚磺基琥珀脂单脂二钠盐,氟碳402,均为市售工业品。 
  2.2 实验设备 
  HY5332A型自动引燃温度测定仪,天津消防科研所研制; 
  WSB-Ⅱ型d/o白度计,温州仪器仪表有限公司。 
  2.3 实验方法 
  2.3.1 自燃点测定 
  液体的自燃点不是物性参数,它不仅与其本性有关,而且还受压力、蒸气浓度、氧含量、催化剂、容器尺寸等因素的影响。本文按照国家标准GB/T 5332-2007《可燃液体和气体引燃温度试验方法》,对添加不同种类、不同含量、不同配比表面活性剂的碳氢清洗剂试样进行自燃点测试。 
  2.3.2 清洗能力检测 
  将8cm×8cm的干净白布片,浸泡在柴油中30min,然后悬挂于真空烘箱,室温真空干燥1h,作为油污白布片备用。 
  将油污白布片分别用选取的清洗剂对其进行清洗,然后利用WSB-Ⅱ型d/o白度计进行白度测定,根据白度值,判定清洗剂的清洗能力。 
   
  3 结果与讨论 
  3.1 表面活性剂种类对碳氢清洗剂自燃点的影响 
  分别配制10g添加5.0%含量的各类表面活性剂的碳氢清洗剂试样,然后对试样进行自燃点测试。在不添加任何表面活性剂的情况下,碳氢清洗剂的自燃点为200.0℃。添加5.0%的各类表面活性剂后,碳氢清洗剂的自燃点有不同程度的提高。添加乙氧基脂肪醇和SPAN–80后的碳氢清洗剂的自燃点有10℃以上的提高,效果较好;提高幅度大的是添加氟碳402后的碳氢清洗剂,自燃点达到了326.0℃,提高了63%;其它表面活性剂对碳氢清洗剂的自燃点提高作用不太明显。 
  3.2 氟碳402的添加量对碳氢清洗剂自燃点的影响 
  分别配制10g的添加不同含量的氟碳402的碳氢清洗剂试样,对试样进行自燃点测试,图1。
  从表2和图1可以看出,添加氟碳402对碳氢清洗剂自燃点的影响十分显著,添加0.5%的氟碳402即可使自燃点提高128℃,提高了64%。氟碳402的含量在0.5%~2.0%时,自燃点随氟碳402的含量增加而增加;2.0%~5.0%时,自燃点随氟碳402的含量增加而降低;2.0%以上时试样中有黄色油滴出现,这可能与氟碳402在碳氢清洗剂中的溶解度有关。 
  由于氟碳402具有优良的发泡性,在碳氢清洗剂的表面形成了大量的泡沫,阻碍了碳氢清洗剂蒸气与空气的接触,使其蒸气难以与空气形成爆炸性混合气体,因而使碳氢清洗剂的自燃点得到提高。同时,氟碳402的低表面张力与高表面活性使其在很低的使用浓度下就能使液体表面张力显著降低[4],其效果是其它表面活性剂难以比拟的。低的表面张力使泡沫能够更好地在液面铺开,增大了泡沫的覆盖面积,加强了泡沫的隔断空气作用。 
  氟碳402含量为0.5%时,气泡形成较少,但同样使碳氢清洗剂的自燃点显著提高,说明低表面张力下的泡沫覆盖作用并不是使碳氢清洗剂自燃点提高的*因素。从分子结构上看,氟碳402拥有C-F键;而碳氢清洗剂的分子结构以CnH2n+2的正构烷烃、异构烷烃和环烷烃为主。氟原子电负性很大,一是使C-F键具有很强的极性[4];二是可能与碳氢清洗剂中的氢原子组成氢键[5]。在这两个因素作用下,氟碳402与碳氢清洗剂混合溶液的分子间力大大加强。而自燃点与分子间力成正比关系,分子间力越大,蒸发越困难,自燃点越高[3]。 
  3.3 表面活性剂三元复配物对碳氢清洗剂自燃点的影响 
  选择氟碳402、乙氧基脂肪醇和SPAN 80进行三元复配,通过正交试验考察三元复配物对碳氢清洗剂自燃点的影响。三元复配正交试验结果的极差(反映各因素对指标影响,极差越大影响越大)的大小顺序为:RA>RC>RB,即在三元复配正交试验中,氟碳402的影响大,SPAN 80的影响次之,乙氧基脂肪醇的影响小。再根据各因素各水平和数(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,后得出优的三元复配组合:A2B1C2或A2B3C2,即氟碳402的含量为1.5%,乙氧基脂肪醇的含量为1.0%,SPAN 80的含量为4.0%的三元复配物或氟碳402的含量为1.5%,乙氧基脂肪醇的含量为4.5%,SPAN 80的含量为4.0%的三元复配物。 
  分别配制10 g的添加氟碳402的含量为1.5%,乙氧基脂肪醇的含量为1.0%,SPAN 80的含量为4.0%的三元复配物和氟碳402的含量为1.5%,乙氧基脂肪醇的含量为4.5%,SPAN 80的含量为4.0%的三元复配物的碳氢清洗剂试样,混合均匀后进行自燃点测试,结果分别为:自燃点是342.0℃和340.0℃。根据配置的优越性选择:氟碳402的含量为1.5%,乙氧基脂肪醇的含量为1.0%,SPAN 80的含量为4.0%的三元复配物,其自燃点是342.0℃。 
  3.4 清洗能力检测 
  分别选取自来水、未改性的碳氢清洗剂、氟碳402的添加量为2.0%的碳氢清洗剂和3.3中优选的三元复配表面活性剂改性的碳氢清洗剂(氟碳402的含量为1.5%,乙氧基脂肪醇的含量为1.0%,SPAN 80的含量为4.0%),对其油污白布片进行清洗,对其清洗能力进行检测。各清洗剂清洗过的油污布片的白度均未达到干净的白布的白度,其中自来水的清洗能力差,为65.2,只比油污布片的白度略有提高。与纯碳氢清洗剂的清洗能力(白度为79.2)相比,只有优选的三元复配表面活性剂改性的碳氢清洗剂的清洗能力都有所提高,白度达88.3,这是由于乙氧基脂肪醇和SPAN 80本身具有一定的清洗能力,所以不会使碳氢清洗剂的清洗能力下降,反而会有一定程度的提高;添加氟碳402的碳氢清洗剂清洗能力稍有下降,虽加入氟碳402后碳氢清洗剂的自燃点有很大程度提高,但可能由于氟碳402其本身不具有清洗能力所致,所以改性后的碳氢清洗剂清洗能力稍有下降。 
   
  4 结论 
  通过不同种类表面活性剂及其复配物对碳氢清洗剂自燃点影响的实验研究,得出以下结论。 
  (1)表面活性剂的加入使碳氢清洗剂的自燃点有不同程度的提高。在实验所用的10种表面活性剂中,氟碳402对碳氢清洗剂的自燃点提高为显著,当其添加量为2.0%时,将碳氢清洗剂自燃点从200.0℃提高到了336.0℃,提高了68%,已较为安全。 
  (2)通过正交试验,确定了氟碳402的含量为1.5%,乙氧基脂肪醇的含量为1.0%,SPAN 80的含量为4.0%的三元复配物,其改性的碳氢清洗剂自燃点达342.0℃。 
  (3)从自燃点提高程度和清洗能力两方面考虑,三元复配表面活性剂改性的碳氢清洗剂为优选择。 
   

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