一种二氧化碳基凝胶泡沫的制备及稳定性测试方法与流程

本技术涉及防灭火材料领域，尤其涉及一种二氧化碳基凝胶泡沫的制备及稳定性测试方法。

背景技术：

1、随着工业化的加速推进和自然资源的开发利用，我国在利用丰富的矿产资源和广阔的森林面积所带来的经济效益的同时，也面临着矿井采空区火灾和森林火灾频发的严峻挑战。森林火灾因其火势蔓延迅速、影响区域广泛而难以得到有效控制；而矿井采空区火灾则由于其典型的半开放及封闭空间特性，加之采空区内遗留的煤炭和木质支撑物等易燃物质的存在，使得遗煤自燃成为火灾频发的重要原因。

2、采用防灭火凝胶泡沫进行火灾防治已被证明是一种经济且效果显著的方法。现有技术中，通常通过将二氧化碳气体通入含有硫脲结构的凝胶中来制备凝胶泡沫，并通过测量凝胶泡沫的尺寸变化、观察外观变化以及检测力学性能的变化来进行凝胶泡沫稳定性的测试。

3、然而，由于不同的胶凝剂选择，所制备的凝胶泡沫的稳定性存在显著差异，导致其在制备过程中工艺复杂且成本高昂。此外，凝胶泡沫在运输和储存过程中稳定性不佳，容易发生破裂或气体逸散的现象。而且，在评估凝胶泡沫稳定性时，现有的测试方法存在较强的主观性，缺乏可靠的量化指标。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种二氧化碳基凝胶泡沫的制备及稳定性测试方法，以解决凝胶泡沫稳定性不足、应用范围受限的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种凝胶溶液，按质量百分比组成如下：

3、复配发泡剂0.2％～1.5％，复配胶凝剂0.2％～0.8％，交联剂0.3％～1.5％，稳泡剂0.1％～1.0％，助剂0.2％～1.0％，余量为水；

4、所述凝胶溶液的制备方法如下：

5、将0.2％～0.8％质量百分比的复配凝胶剂和相同浓度范围内的稳泡剂按照1:1的质量比例混合，得到混合物；

6、将所述混合物加入到烧杯中，并置于水浴锅中加热至完全溶解；

7、再向烧杯中加入复配发泡剂、交联剂、助剂以及水，并使用搅拌器快速搅拌直至完全发泡；

8、持续搅拌直到摇晃烧杯时，凝胶泡沫不再流动，以得到所述凝胶溶液。

9、在一种可行的实现方式中，所述复配发泡剂包括0.2％～1.5％质量百分比的十二烷基硫酸钠以及0.2％～1.5％质量百分比的脂肪醇聚氧乙烯醚9。

10、在一种可行的实现方式中，所述复配胶凝剂包括0.2％～0.8％质量百分比的聚二甲基硅氧烷和0.2％～0.8％质量百分比的羧甲基纤维素钠。

11、在一种可行的实现方式中，所述交联剂包括0.3％～1.5％质量百分比的多乙烯多胺或0.3％～1.5％质量百分比三羟甲基丙烷。

12、在一种可行的实现方式中，所述稳泡剂包括0.2％～0.8％质量百分比的羧甲基纤维素钠或0.2％～0.8％质量百分比的吐温系列。

13、在一种可行的实现方式中，所述助剂包括氢氧化钠、碳酸钠或碳酸钙。

14、在一种可行的实现方式中，所述复配发泡剂的制备方法如下：

15、对多种发泡剂采用waring blender法进行发泡效果衡量，所述发泡剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α－烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、仲烷基磺酸钠、磺化琥珀酸二辛脂钠盐、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰两性基二乙酸二钠、月桂酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基氧化铵、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、设置搅拌器转速为1500r/min，搅拌时间为2分钟，并在搅拌完成后立即读取容器内的泡沫体积和析出液体积，以泡沫体积表征发泡剂的发泡效果。

17、对所述多种发泡剂的发泡性能进行试验并对发泡效果进行排序，筛选出发泡效果最佳的三种发泡剂。

18、将筛选出的最佳三种发泡剂进行两两复配试验，得到三种复配发泡剂，并对复配发泡剂进行发泡试验，设置搅拌器转速为1500r/min，搅拌时间为2分钟，并在搅拌完成后立即读取容器内的泡沫体积和析出液体积，以泡沫体积表征复配发泡剂的发泡效果。

19、最终确定十二烷基硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚9作为实验所用发泡剂，其中十二烷基硫酸钠用量为0.2％～1.5％质量百分比，脂肪醇聚氧乙烯醚9的用量为0.2％～1.5％质量百分比。

20、对发泡剂进行试验时，所有发泡剂的使用量和浓度相同。

21、第二方面，本技术实施例提供一种二氧化碳基凝胶泡沫，所述二氧化碳基凝胶泡沫由第一方面所述的凝胶溶液中通入二氧化碳气体制得。

22、第三方面，本技术实施例提供一种二氧化碳基凝胶泡沫的制备方法，包括：

23、将第一方面所述的凝胶溶液组分搅拌均匀后置于20℃～25℃环境下放置6～8h；

24、按气液体积比150∶1或150∶2向上述凝胶溶液中通入二氧化碳溶液，一边搅拌一边持续通入二氧化碳气体，在70℃～80℃条件下反应48h，制得二氧化碳凝胶泡沫。

25、第四方面，本技术实施例提供一种二氧化碳基凝胶泡沫的稳定性测试装置，用于测试第三方面所述的二氧化碳基凝胶泡沫的稳定性，包括输入装置1，所述输入装置1一侧设有入口处二氧化碳浓度探测器5。

26、密封活塞板7上下滑动设置在所述输入装置1内部，且所述密封活塞板7的下表面设有有若干压力传感器；所述密封活塞板7顶部开设有第一入口71凝胶泡沫材料入口，以及与所述入口处二氧化碳浓度探测器5探头连接的第二入口72，所述密封活塞板7上还设有液压板73。

27、所述输入装置1底部开设有可控制开启和关闭的第一接口11，与泡沫流动管路4一端相连接，所述泡沫流动管路4的另一端连接至输出装置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、输出装置3远离接口31的一侧筒壁上固定有出口处二氧化碳浓度探测器6，且所述出口处二氧化碳浓度探测器6的探针设置于输出装置3的内侧。

29、所述入口处二氧化碳浓度探测器5、出口处二氧化碳浓度探测器6、压力传感器8分别通过数据线与所述数据采集设备2连接。

30、在一种可行的实现方式中，所述泡沫流动管路4靠近所述输出装置3一端管壁设有流量传感器9。

31、在一种可行的实现方式中，所述压力传感器8数量至少为两个。

32、在一种可行的实现方式中，所述泡沫流动管路4的材质为聚乙烯。

33、第五方面，本技术实施例提供一种二氧化碳基凝胶凝胶泡沫的稳定性测试方法，所述方法包括以下步骤：

34、打开密封活塞板上的凝胶泡沫材料入口，将第三方面所述的二氧化碳基凝胶泡沫通过凝胶泡沫材料入口持续通入输入装置，将二氧化碳浓度探测器的探针通过入口伸入输入装置；测试并记录输入装置中的二氧化碳气体浓度q1。

35、继续向第一入口凝胶泡沫材料入口持续注入所制备的二氧化碳基凝胶泡沫，等待二氧化碳基凝胶泡沫均匀分布在输入装置，测试并记录输入装置中的二氧化碳气体浓度q2。

36、开启输入装置底部的第一接口，关闭凝胶泡沫材料入口，用外用油泵给密封活塞板上的液压板加压，使密封活塞板下移至输入装置3/4高度处，记录此时密封活塞板的位置和压力传感器的读数p1；待凝胶泡沫在输出装置上均匀铺展后，测试并记录输出装置中的二氧化碳气体浓度q3。

37、测量并记录输出装置中的二氧化碳基凝胶泡沫的堆积高度h1。

38、通过对比稳定状态下输入装置中的二氧化碳气体浓度q2与输出装置中的二氧化碳气体浓度q3。

39、通过对比稳定状态下输出装置中的二氧化碳基凝胶泡沫的堆积高度h1和输入装置中二氧化碳基凝胶泡沫的高度。

40、计算输入装置中的二氧化碳气体浓度q2和输出装置中的二氧化碳气体浓度q3的差异率。

41、记录外用油泵施加不同压力下的输入装置中的二氧化碳气体浓度和输出装置中的二氧化碳气体浓度差异率。

42、在相同温度等环境条件下，经历过相同的加压次数和加压压力后，比较不同成分比例的二氧化碳基凝胶泡沫的输入装置和输出装置的二氧化碳浓度差异率。

43、在相同温度等环境条件下，经历过不同的加压次数和加压压力后，比较相同成分比例的二氧化碳基凝胶泡沫的输入装置和输出装置的二氧化碳浓度差异率。

44、本技术实施例提供的凝胶溶液中，复配发泡剂包括十二烷基硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚9，这两种物质能够共同作用，不仅能够形成稳定的泡沫，还能提高凝胶溶液的整体稳定性，即使在储存和运输过程中也能保持良好的状态。复配胶凝剂包括聚二甲基硅氧烷和羧甲基纤维素钠，二者能够协同作用，形成柔软、光滑且具有较好持水能力的凝胶结构。使得凝胶在长时间放置后仍能保持原有的形态，不易干燥。交联剂包括多乙烯多胺或三羟甲基丙烷，能够促进凝胶内部分子之间的交联，增强凝胶的粘结性和弹性。稳泡剂包括羧甲基纤维素钠或吐温系列，能够通过其粘性特性在泡沫膜之间形成一层保护层，增强泡沫的稳定性。助剂包括氢氧化钠、碳酸钠或碳酸钙，可以调节ph值，并提供一定的缓冲作用，有助于提高凝胶的机械强度和泡沫稳定性。

45、本技术实施例提供的一种二氧化碳基凝胶泡沫是由凝胶溶液通入二氧化碳制得的，凝胶溶液发泡后，形成的泡沫具有较高的堆积高度，这意味着泡沫能够占据更大的空间；凝胶泡沫还能够保持水分，确保泡沫在使用过程中保持湿润。凝胶泡沫发泡后，二氧化碳气体被凝胶稳定包裹，可以在保持可燃物表面湿润的同时隔绝氧气，泡沫破裂后释放的惰性气体进一步抑制可燃物表面与氧气的接触，实现长时间的隔氧阻燃效果。这对于消防领域具有重要意义，可以提高灭火效率，减少火灾风险。

46、本技术实施例提供的一种二氧化碳基凝胶泡沫的稳定性测试装置，可以更换不同的管路及设定不同的输送压力。这种灵活性使得装置能够模拟不同的实际应用环境，评估泡沫在不同条件下的表现，从而提高测试结果的可靠性和准确度。

47、本技术实施例提供的一种二氧化碳基凝胶泡沫稳定性测试方法，通过模拟实际应用中的流动条件(如输送压力)，测试方法可以评估泡沫在动态条件下的稳定性，即泡沫在流动过程中的变化情况。还评估凝胶泡沫在未受到外力作用时的稳定性，即在静态条件下泡沫的持久性和结构完整性。不仅考虑了泡沫在静态条件下的稳定性，还考虑了在流动条件下的稳定性，提供了更为全面的评估手段。