新型氨基酸型氟碳表面活性剂的合成及其在水成膜泡沫灭火剂中的应用

论文摘要

本课题以全氟环氧丙烷齐聚衍生物（CF3CF2（C3F6O）nCOF,n=2,3,4）为原料,经过酰胺化、加成和水解等一系列反应得到氨基酸型氟碳表面活性剂。产物（n=2）经红外光谱、质谱和核磁共振波谱结构表征,其测定单一体系的表面活性、化学稳定性等物化性质。同时将目标产物与全氟烷基甜菜碱（DuPont1157N）和全氟烷基乙氧基醚醇（S200）等产品做对比性研究,筛选出性能优良的表面活性剂体系,将其应用与实际相结合。测定的结果：通过红外、质谱图、氟谱图、氢谱图显示,氨基酸型氟碳表面活性剂的结构为：CF3CF2（C3F6O）2CONHCH2CH2N（CH2CH2COONa）2相对分子质量为739g.mo1-1,表面张力可以达到16.7mN.m-1,表面性能优于DuPont1157、S200。另外深入研究了该氨基酸型氟碳表面活性剂的表面张力、临界胶束浓度（CMC）、泡沫、表面吸附等一系列表面、界面性能,并进一步研究与一系列碳氢表面活性剂的协同作用。实验结果：工业级的氟碳表面活性剂由于醇类物质的加入,临界表面张力升高到17.7mN.m-1,界面张力为3.8mN.m-1。一定浓度下氨基酸型氟碳表面活性剂与α-烯基磺酸钠（AOS）-C8-10烷基磺酸钠（C8-10）复配,得到了协同效果最佳的氟碳-碳氢表面活性剂复配体系。发现随着氟碳表面活性剂的加入,体系的表面性质、界面性能明显增强,体系的表面张力由原来的19.0mN.m-1降低至17.7mN.m-1,同时还减少了氟碳表面活性剂的使用量,该氟碳-碳氢体系可以应用于水成膜泡沫灭火剂的配方基液中。最后,通过铺展系数、发泡倍数、排液时间等评价方法,筛选出水成膜泡沫灭火剂添加剂的种类与用量。以实验室灭火实验进一步优化产品配方,制成水成膜泡沫灭火剂,经检验各项指标均达到GB17427-1998《水成膜泡沫灭火剂》标准的要求,表面张力达到19.3mN.m-1,铺展系数达到2.2,25%的析液时间为5.2min,3（wt）%型的水成膜泡沫灭火剂可以在10s内将火扑灭,同时抗烧时间也可以达到15.0min。该配方成本低廉、环保、灭火高效,浓缩液可用硬水稀释,普遍用于扑灭油类火灾,填补了国内非PFOA氟碳表面活性剂的空白,可替代国外产品实现了非PFOA氟碳表面活性剂的国产化,填补了轻水泡沫灭火剂主要原料一直依赖国外进口的空白。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号及缩略语等的说明
• 第一章 文献综述
• 1 氟碳表面活性剂的性质
• 1.1 氟碳表面活性剂的研究进展
• 2 氨基酸型氟碳表面活性剂的合成
• 2.1 N-烷基氨基酸
• 2.2 N-酰基氨基酸
• 2.3 烷基多胺羧酸
• 2.4 烷基低聚氨基酸
• 2.5 酰基低聚氨基酸
• 2.6 磺基、硫酸基、磷酸基氨基酸
• 3 氟碳表面活性剂在消防方面的应用
• 3.1 水成膜泡沫灭火剂
• 3.2 氟蛋白泡沫灭火剂
• 3.3 凝胶型抗溶剂泡沫灭火剂
• 3.4 干粉灭火剂添加剂
• 3.5 汽油蒸发抑制剂添加剂
• 4 水成膜泡沫灭火剂的研究现状
• 5 选题的依据、目的与意义
• 参考文献
• 第二章 氨基酸型氟碳表面活性剂的合成
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与材料
• 1.2 氨基酸氟碳表面活性剂的合成
• 1.3 性能测定
• 2 结果分析
• 2.1 红外光谱
• 2.2 核磁共振
• 2.3 化学稳定性测试
• 2.4 最低表面张力（γmin）
• 3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 氨基酸型氟碳表面活性剂的物化特性
• 1 实验仪器与试剂
• 2 实验部分
• 2.1 氨基酸型氟碳表面活性剂定性分析
• 2.2 分子量的测定
• 2.3 化学稳定性的测定
• 2.4 表面活性的测定
• 2.5 氨基酸型氟碳表面活性剂在溶液界面上的吸附测定
• 2.6 温度对表面性能影响的测定
• 2.7 泡沫性能的测定
• 2.8 油面上铺展性能的测定
• 2.9 水膜对油面的密封性能的测定
• 3 结果讨论
• 3.1 氨基酸型氟碳表面活性剂定性分析
• 3.2 分子量确定
• 3.3 化学稳定性测试
• 3.4 表面活性
• 3.5 氨基酸型氟碳表面活性剂在溶液界面上的吸附
• 3.6 温度的影响
• 3.7 发泡性能
• 3.8 油面上的铺展性能
• 3.9 水膜对油面的密封性能
• 4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 氟碳-碳氢表面活性剂的复配体系
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 2 结果分析
• 2.1 氟碳表面活性剂复配
• 2.2 氟碳-碳氢表面活性剂复配体系
• 3 本章小结
• 参考文献
• 第五章 水成膜泡沫灭火剂的配制与测定
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 2 结果分析
• 2.1 各组分添加量对水成膜灭火剂性能的影响
• 2.2 水成膜泡沫灭火剂配方
• 2.3 水成膜泡沫灭火剂的性能评价
• 3 本章小结
• 参考文献
• 全文结论
• 创新点
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果