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1、浅谈表面活性剂及其在消防中的应用hc360慧聪网消防行业频道 2004-03-15 11:24:25摘要：简要介绍了表面活性剂的一些特性和作用，着重对表面活性剂在消防中的应用做了综述。 关键词：表面活性剂；消防；氟碳表面活性剂1 表面活性剂的简介表面活性剂是从 20世纪 50年代开始随着石油化工飞速发展与合成塑料、合成橡胶、合成纤维一并兴起的一种新型化学品，是精细化工品的重要门类之一，在日常生活、工业生产和科技领域有着非常重要的作用和广泛的应用。它是许多部门必要的化学助剂，其用量虽小，但收获甚大，往往能起到意想不到的效果，被誉为“工业味精”的美称。给表面活性剂下一个既科学、严密而又简明的定义是
2、困难的。通常是某种物质当溶于水中即使浓度很小时，也能显著降低水同空气的表面张力，或水同其他物质的界面张力，则该物质称为表面活性剂。表面活性剂按极性基因可分为两大类，即离子型和非离子型。前者可在水中电离，后者则不能。离子型表面活性剂又分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂。另外，我们把含氟、含硅、含磷、含硼的表面活性剂称为特种表面活性剂，因为这类表面活性剂更具有高表面活性、高化学惰性、高耐热性以及优良的阻燃性能和抗静电性能。2 表面活性剂的作用表面活性剂通常被用作洗涤剂、润湿剂、乳化剂、柔软剂、发泡剂、分散剂、平滑剂以及抗静电剂等。这些用途是与它本身的性质和作用分不开的。21 润
3、湿和渗透作用固体表面和液体接触时，原来的固一气界面消失，形成新的固一液界面，这种现象称润湿。用水润湿及渗透某固体，若在水中加入少量表面活性剂，则润湿及渗透就比较容易，这种作用就叫润湿作用。使物体润湿或加速润湿的表面活性剂称为润湿剂。同理借助表面活性剂来渗透物体内部的作用称渗透作用，所用的表面活性剂称渗透剂，事实上两者所用表面活性剂基本相同，润湿及渗透作用本质上来说都是表面活性剂降低了液体的表面张力，使润湿角变小，从而增强了润湿和渗透。22 乳化作用互不相溶的两液相中的一相以微粒状态分散于另一相中则形成乳液或乳浊液(如牛奶)。一般来说，假若一相为水，另一相为油，由于不相溶，两者混合分散后，两液相
4、的界面面积增大，引起了体系热力学不稳定。如果加入一种第三组分，能使该体系稍微稳定，则该物质就具有乳化作用，称为乳化剂。表面活性剂就具有乳化作用，是典型的乳化剂。表面活性剂之所以有乳化作用，主要与它的结构有关。表面活性剂既有疏水基团，又有亲水基团，当加入到不相溶的两液相中后，表面活性剂的疏水基一端溶入油中，亲水基一端留在水中，定向排列成一层保护层，降低了油水两相界面上的界面张力，降低了油在水中分散所需要的功，从而降低了油与水乳化的目的。另外，因表面活性剂分子膜将液滴包住，防止了碰撞的液滴彼此合并，同时由于形成表面双电层，因电的相持作用而防止了凝聚，从而保护了乳液的稳定性。23 分散作用能使固体微
5、粒(0.1 至数十微米)均匀地分散在另一液体中的物质称为分散剂。分散剂在分散过程中能起到促进研磨、润湿及防止絮凝的作用。表面活性剂之所以能起到分散作用，是因为表面活性剂吸附于固体微粒表面时，降低了表面张力并向微粒间隙或裂纹渗透，防止它们再结合。其次润湿对分散又是必需条件，由于表面活性剂被吸附于固体微粒上，改变了它和分散介质的润湿，从而促进了分散作用。另外，表面活性剂的存在使微粒外层又包了一层亲水性分散剂分子的吸附膜，而不再凝聚，保持了整个分散过程的正常进行及稳定。24 起泡作用由液体薄膜隔离开的气泡聚集体称之为泡沫，泡沫是气体分散在液体(或固体)中的分散体系。众所周知，纯液体是不能形成稳定的泡
6、沫的。当我们加入表面活性剂如肥皂、皂素之类，进行搅拌或吹气，空气进入溶液，被周围的液体包围，即液体薄膜包围着气体，这就形成了气泡。此时，表面活性剂的疏水基伸向气泡的内部，亲水基向着液相的吸附膜。形成的气泡由于溶液的浮力上升而达到溶液的表面，最终逸出液面便形成双分子薄膜，在形成泡沫的双分子膜之间有大量表面活性剂溶液。所以，表面活性剂有很强的起泡作用，能形成大面积的球状泡沫集合体。25 洗涤作用表面活性剂的洗涤去污作用，是由于它降低了溶液的表面张力而产生的润湿、渗透、乳化、分散、增溶等多种作用综合的结果。被玷污物放入洗涤剂(表面活性剂)溶液中，先充分润湿、渗透，使溶液进入被玷污物内部，使污垢容易脱
7、落，然后洗涤剂把脱落下来的污垢进行乳化，分散于溶液中，经清水反复洗涤从而达到洗涤效果。26 其他性质及作用表面活性剂除了能降低表面张力，从而引起的润湿、渗透、分散、乳化、起泡、洗涤等基本性质外，还有各种派生的性能，例如抗静电作用、稳定作用，纤维的匀染、柔软整理、防菌整理等。 3 表面活性剂在消防中的应用表面活性剂的上述性质，在消防中也得到了充分的应用。31 制造灭火剂，扩大灭火剂使用范围，提高灭火效率利用表面活性剂发泡的性能可用来制造灭火剂。在泡沫灭火剂中表面活性剂主要作用是起泡和灭火。由于泡沫中所含水分的冷却效果，以及在火苗表面上覆盖的泡沫层，胶束膜或凝胶层，使火苗和氧隔绝，而起到灭火作用。
8、一般为高碳脂肪酸类或高碳醇类阴离 子、非离子和两性活性剂中具有高起泡力的活性剂。泡沫灭火剂的类型不同，所使用的表面活性剂也有所不同。氟蛋白泡沫灭火剂是在普通蛋白泡沫灭火剂的基础上，加入氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂等，使其性能得到改善。与普通蛋白泡沫灭火剂相比，氟蛋白泡沫的流动性、疏油性、抗燃性、相容性优于普 通蛋白泡沫，灭火性能显著提高，且价格与普通蛋白泡沫灭火剂相差不多。水成膜泡沫灭火剂是由氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂、泡沫稳定剂、抗冻剂等制成，又叫轻水泡沫灭火剂，泡沫流动性好，灭火速度快，灭火效率高。抗溶性泡沫灭火剂中的氟蛋白型、硅酮表面活性剂型使用了氟碳表面活性剂、硅酮类表面活性剂产
9、生的泡沫可抗水溶性甲、乙、丙类液体对其的溶解破坏。凝胶型抗溶泡沫灭火剂里面添加了碳氢表面活性剂、氟碳表面活性剂，形成的泡沫在亲水性溶剂表面形成既不溶于水、又不溶于溶剂的胶膜，泡沫稳定性好。高倍泡沫灭火剂是以合成表面活性剂为基料的泡沫灭火剂，其主要成分为脂肪醇硫酸钠、十二醇加抗冻剂，稳定剂等添加剂制成，发泡倍数可高达千倍以上。灭火剂中表面活性剂除了起泡作用外，部分还具有稳泡作用。起泡性能好的称为起泡剂，起泡剂只能在搅拌、吹气等条件下具有很好的起泡能力。如果起泡性能好而泡沫稳定性不好，所产生的泡沫就不能持久。如肥皂和烷基苯磺酸钠都有良好的起泡性，但烷基苯磺酸钠起泡后的稳定性就差。在工艺上为了使生成
10、的泡沫持久、稳定，必须加入泡沫稳定剂。可以作泡沫稳定剂的表面活性剂有长链阳离于表面活性剂第四级烷基氯化铵，非离子表面活性剂脂肪酸缩合物，烷基芳基磺酸盐类等。另外，低膨胀型泡沫灭火剂也需要加入表面活性剂降低表面张力，以稳定泡沫。这类表面活性剂目前专门使用蛋白质水解交联衍生物吸水剂。蛋白质分解物以球形微凝胶的形式分散在水溶液中，表面亲水基团露在水中，产生泡沫时，这种亲水性微凝胶在表面吸附至某种程度，达到泡沫的稳定化，并且因为交联硬化，保持泡的原形，达到了隔离作用；再者，吸水剂具有吸水和增湿作用，在火中失水消耗大量的热，加大了灭火作用。32 作为抗静电整理剂，预防静电火花点火源众所周知，静电火花是引
11、起工业企业火灾或爆炸的点火源之一，且静电火花放电具有隐蔽性，是一种危害很大的点火源。预防静电火花点火源的对策之一就是添加抗静电剂，减少静电的产生和积累。抗静电剂是一种表面活性剂，在绝缘材料中加入少量的抗静电剂就会增大该种材料的导电性能和亲水性，使导电性增加，绝缘性能受到破坏，体表电阻下降，促进绝缘材料上的静电荷被导走。如 SN(由十八烷基二甲基叔胺经硝化，再与环氧乙烷羟乙基化反应而成)阳离子抗静电油剂，在聚乙烯化纤纺织和聚乙烯醇合成纤维抽丝过程中，只要涂抹少量，即能使静电电压限制在几十伏内；在生产涤纶短纤维上使用阳离子性 PK抗静电油剂和在长纤维上使用 MOA3、KP 油剂，在航空煤油等液体中
12、加入ASA。防静电添加剂，在感光胶片上涂防静电剂等，都有较好的防静电性能。 不同种类表面活性剂的抗静电效果因各自不同的结构而有差别。其中以阳离子型、两性型表面活性剂效果最好，其次是非离子型、阴离子型表面活性剂。在塑料、橡胶、化纤中，主要使用季胺盐类抗静电剂；在石油类液体中，可加入环烷酸盐、合成脂肪酸盐等抗静电剂。表面活性剂抗静电原理在于疏水基吸附在物体表面，亲水基趋向空气而形成一层亲水性膜，由于单分子膜能降低合成纤维摩擦系数而难以产生静电，另外亲水性膜吸收空气中水分，因此好像在物体表面多了一层水层，这样产生的静电就易于传递到大气中去，从而降低了物体表面的电荷。33 在防火涂料制造、织物阻燃处理
13、中作为助剂使用采用防火涂料作为防火的一种手段，不但具有很高的防火效率，而且使用简便、经济，因而广泛地应用于建筑物、船舶、地下工程、电线电缆的防火处理。众所周知，涂料主要由成膜物质、颜料、溶剂和助剂组成，其中，助剂虽然用量很少，往往只占总配方的百分之几，甚至千分之几，但它们对改善性能、延长贮存期限、扩大应用范围和便于施工等方面常常起很大的作用。助剂中的润湿剂和分散剂主要就是表面活性剂，用于溶剂性漆的如环烷酸锌、铜，蓖麻酸锌等脂肪酸皂；用于乳胶涂料的如磺酸盐类阴离子表面活性剂、烷基醇或烷基酚的聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂。水性涂料助剂中的乳化剂也是表面活性剂，如 OS15，平平加等。在涂料生产中使
14、用的消泡剂，也有部分是表面活性剂，如缩水山梨酸糖醇月桂酸三酯、聚乙二醇脂肪酸酯、聚醚性非离子表面活性剂、硅氧烷表面活性剂配合物等。在织物阻燃处理过程中，也要用到一些表面活性剂作为助剂，如用六溴环十二烷进行阻燃整理时，就要使用阴离子表面活性剂作为分散剂，防止阻燃剂微粒凝聚；用环磷酸酯进行阻燃整理时，要使用非离子表面活性剂和其他一些能增加纤维柔软性的特殊表面活性剂。34 作为乳化分散剂，处理泄漏的油类物质在江河湖海经常会出现大面积的原油或其他有机溶液的泄漏事故，往往由于面积过大，泄漏量也很大，无法收集。大量的这类不溶于水的物质如果不处置，一方面会造成相当严重的环境污染，另一方面可能造成大面积火灾发
15、生。石油处理剂就是将这些因非常事故而流出的油类物质严密地进行化学处理的药剂，包括集油剂、沉降剂、凝固剂、乳化分散剂等，其主要成分乳化分散剂即为表面活性剂，如阴离子性烷基苯磺酸的碱性氨基酸盐，非离子型聚氧乙烯醚类，两性及阳离子性乳化剂一般不采用。把乳化分散剂喷洒在泄漏的油类物质上，通过乳化、分散、增溶作用，逐渐形成真溶液，靠自然界自身的新陈代谢能力把油类物质消耗掉。表面活性剂作为乳化分散剂也用于以水为介质的乳化聚合反应，加入乳化剂，避免了采用昂贵溶剂以及回收溶剂的麻烦，从工艺上减少了引起火灾和污染的可能性。35 其他方面的应用另外，利用表面活性剂的洗涤作用可以直接应用，于化学事故处置中的洗消，利
16、用它的分散作用可以应用于气溶胶灭火剂的使用，表面活性剂在消防行业中的应用面比较广泛，还有待进一步研究和开拓。4 氟碳表面活性剂在消防中的重要作用氟碳表面活性剂是特种表面活性剂之一，由于氟原子具有最高的电负性、最高的键能和较短的链长，因而使含氟表面活性剂具有“三高”、“两憎”的特点，即高表面活性、高耐热稳定性、高化学惰性和既憎水又憎油的特性。这些特点，使含氟表面活性剂在各方面的应用，起到了意想不到的效果，得到了充分的认识。从前面的介绍可以看出，氟碳表面活性剂在消防中的应用是非常广泛的，其中使用最多的是在高效灭火剂方面的应用。41 蛋白泡沫灭火剂添加氟碳表面活性剂蛋白泡沫灭火剂应用历史长久，但灭火效果，特别是对油类火灾的灭火效果较差。将氟碳表面活性剂添加到蛋白泡沫液中(氟蛋白灭火剂)可大大提高灭火速度和效果，其灭火速度(从燃烧的油表面喷射)比不加氟碳表面活性剂的蛋白泡沫液提高 34 倍，且泡沫有自封作用，不复燃。氟蛋白泡沫灭火剂还有一个最显著的特点是可用作大储油罐的
