Зерттеу нысандары және олардың сипаттамалары

Карбоксиметилцеллюлозаның (КМЦ) синтетикалық заттардың көбіктүзгіштігін жоғары температурада өсіретіндігі анықталынған. КМЦ-ны қосқанда ерітіндінің тұтқырлығы артып, көбіктің тұрақтылығы өседі. Синтетикалық жуғыш заттардың түріне, құрамында басқа қоспалардың болуына, олардың концетрациясына және қолданылу аймағына қарай КМЦ-ның оптимальді әсері 0,2-0,75 %  концетрациялар аралығында байқалады [27].

Карбоксиметилцеллюлозаның тұздарының көбік тұрақтылығын да арттыратындығы мәлім. Натрий карбоксиметилцеллюлозасы (NaКМЦ) натрий додецилсульфаты (ДДСNa) қоспаларының көбік түзгіштік қасиеті зерттелген. Көбіктің жоғары тұрақтылығын қамтамасыздандыратын компоненттердің оптималдық қатынастары табылған. Көбіктің тұрақтылығының артуымен жүретін процесстер, беттік керілудің төмендеуі , оптикалық тығыздық пен келтірілген тұтқырлықтың өзгерістері ДДСNa-NaКМЦ қоспаларының гидрофобты әрекеттесулер арқылы ассоциаттардың түзілуімен түсіндіріледі [28].

Әдеби шолудың анализі мұнда көбіктүзгіштер мен көбіктер туралы мәліметтер келтірілді. Бұл жұмыстағы БАЗ-дың ПВС-пен қоспа түзіп, түзілген көбіктің қасиеттерін зерттеу қызығушылық тудырды.

1.4 Замануи көбіктүзгіштер

Көбіктүзгіштер көбік бетон өндірісінде негізгі компоненттер болып табылады. Бірнеше жыл бұрын тұтынушы алдында қандай көбіктүзгіш таңдау керек деген сұрақ туындамаған болатын. Нарықта бар болғаны екі өнім ұсынылған болатын. Қазіргі кезде отандық және шет елдік өндірістің көбіктүзгіштерінің 15-тен аса маркалары ұсынылған.

Көбік бетон өндірісіне қажетті импорттық табиғи беттік активті заттардың (БАЗ) жетіспеушілігі мен қымбатшылығына байланысты синтетикалық көбіктүзгіштерді қолдану өзекті деуге болады. Синтетикалық БАЗ тұрақты көбік массасын алуды қамтамасыз етпейді, ұялы бетонның беріктігіне теріс әсер етеді және төменгі тығыздықтағы көбікті бетон алуға мүмкіндік бермейді. Әр түрлі БАЗ-дан тұратын комплексті қосымшаларды және минералды ұнтақтарды синтетикалық көбіктүзгіштерге қосу арқылы олардың қасиетін жақсартуды ұсынып отырған өңдеу жұмыстары бар [31]. Осы ретте көбіктің тұрақтылығы мен еселілігін жоғарылатып, қымбат тұратын көбік бетон компоненттерінің мөлшерін азайтуға болады. Синтетикалық көбіктүзгіштердің теріс қасиеттерінің бірі – нашар биожайылу және улылық, су бөлінуінің жоғарылығы және тұрақтылығының төмендігі болып табылады.

Экологиялық тиімді – өсімдік және жануар тектес табиғи зат негізіндегі көбіктүзгіштер болады. Аса тұрақты көбік массасы ақуызды көбіктүзгіштерді қолдану кезінде алынды. Ақуызды көбік түзгіштің БИОПОР көпіру еселілігі 18 тең. Ақуызды көбіктүзгіштің көбік түзетін қасиетін жоғарылатуды көбіктүзгіш ерітіндісінің құрамына арнайы қосымшаларды қосу арқылы жүзеге асыруға болады. Мұндай қосымшалар ретінде – натрий сілтілері, лигносульфонат тұзы қолданылады. Көбіктүзгіш ерітіндісінің құрамына тұрақтатушы заттарды (металл тұздары-темір, қалайы, алюминий сульфаттары) енгізу арқылы қолдануға мүмкіншілігін жоғарылатады. Металл

тұздарын тұрақтандыру суда қиын еритін майда дисперсті тұнбалармен ақуыз молекулалы металл ионының түзілуімен анықталады.

Өнеркәсіп масштабында іске асырылған көбік бетон өндірісінде өткен технология анализі көбік бетон массасын дайындау әдісінде барлық технологияны үш негізгі топқа топтауға болатындығын көрсетті.

Бірінші топ – көбік генераторлы құрылғыларды қолданатын технологияны біріктіреді. Бұл топқа қатысты концентрацияланған 1...3% көбіктүзгіш ерітіндісінің таза суда еселілігі 15-25 тең көбікті алады. Бұдан кейін көбікті заматында бөлек дайындалған цемент қамырымен араластырады. Араластыру төмен айналымды араласпа аппаратында 3...5 мин аралығында жүреді.

Екінші топқа – жоғары интенсивті механикалық араластыра отырып, алдын ала көбік алатын қондырғыларда көбікті бетон алу әдісін жатқызуға болады. Бұл топ процестеріне жұмысшы концентрациясы 0,25..0,4 % болатын көбіктүзгіштің сұйытылған ерітіндісінен көбікті алу тән. Көбіктүзгіш қосылатын су алдыңғы иленімнің цемент қалдығымен ластанған су. Көбікті жоғары емес еселікте (4-7) алады. Көбіктің еселілігі аппарат көлемімен, яғни көпіртуді аппараттың мойнына жеткенге дейін жүргізумен анықталады. Алынған көбікке цементті, толықтырғыштарды және басқа қосымшаларды қосады да, жоғары айналымды араласпада біртекті масса алынғанға дейін қайтадан бірнеше минут араластырады.

Үшінші топқа – турбулентті немесе квитанционды типтес жоғары айналымды миксерлерде көбік бетон алудың бір сатылы процестері кіреді. Бұл процестерге су, цемент, толықтырғыштармен көбіктүзгіштердің жоғары айналымды араласпа көмегі арқылы және интенсивті ауа қатыстыру нәтижесінде берілген тығыздықтағы көбік бетонды қоспаға айналуымен бір сыйымдылықта араласуы ортақ болып табылады.

Көбік бетон қоспасының түзілу процесін үлгілеуде көбік бетон алу технологиясының қай әдісінде болсын көбіктүзгіштер күшті, сондай-ақ әлсіз қасиеттерін көрсетті. Нақты технологияда қолдануға жарамайтын көбік түзгішті табу мүмкіншілігі төмендейді. Өндірушілер тығыздығы төмен көбік бетон өндіруге ұмтылады. Содан соң Пеностром көбіктүзгішінің мүмкіншіліктері таусылған кез болды.

Тәжірибені орнату барысында мынаны еске ұстау қажет: өндірістің нақты шарттарына қолданылатын модель жақын болған сайын, таңдалған технологияға көбіктүзгіштің жарамдылығын тура бағалауға болады [32].

1.5 Өрт сөндіруге арналған көбіктүзгіштер

Көбіктердің өрт сөндіргіш қасиеті оның құрамында болатын судың салқындатқыш әрекетімен қамтамасыз етіледі. Олардың өрт сөндіру құралы ретінде пайдаланылатын негізгі қасиеті - оның тығыздығының төмен болуымен сипатталады. Осы қасиетіне байланысты көбіктерді ыстық органикалық сұйықтықтарды сөндіру үшін қолдануға мүмкіндік береді.  Көбіктердің органикалық сұйықтықтардың бетіндегі жоғары тұрақтылығы мен қалқымалылығы  өртке қарсы таптырмайтын құрал болып саналады.

Өрт сөндіруде қолданылатын көбіктер негізгі ерекше қасиеттерге ие болуы қажет, соның ішінде: жоғары құрылымды-механикалық беріктілік, ыстыққа төзімділык, қатты денелерде және сұйықтық беттерінде жайылу қасиеті жоғары болуы қажет. Сондықтан кез келген көбіктүзгіш заттар өрт сөндіруге қарсы қолданыла бермейді.

Өртке қарсы көбіктер суда ерітілген заттардың химиялық әрекеттесуімен, әртүрлі газдардың қатысуымен (химиялық көбік), ауаның механикалық араласуымен және көбіктүзгіштің сулы ерітіндісімен (ауалы-механикалық көбік) алынуы мүмкін.

Өрт сөндіруге арналған көбіктүзгіштер ажыратылады:

Негізгі БАЗ-дың табиғаты бойынша:

• Протеинді (ақуызды);
• Фторпротеинді;
• Синтетикалық көмірсутекті;
• Фторсинтетикалық;

Стандартты өрт сөндіру қондырғысында өртке қарсы көбік түзе алу қабілетіне байланысты:

• Өрт сөндіруге арналған еселігі төмен көбіктер (көбік еселігі 3-тен 20-ға дейін) мен көбік-эмульсияларының (К˂3) көбіктүзгіштері;
• Өрт сөндіруге арналған еселігі орташа көбіктер (К 21-200);
• Өрт сөндіруге арналған еселігі жоғары көбіктер (К 200-ден артық көбіктер);

Әртүрлі құрамды бейорганикалық тұздармен судың қолданылу мүмкіндіктерінің тәуелділігіне байланысты:

• Өрт сөндіру көбіктерін ауыз суды пайдалану арқылы алатын КТ;
• Өрт сөндіру көбіктерін кермек суды пайдалану арқылы алатын КТ;
• Өрт сөндіру көбіктерін теңіз суын пайдалану арқылы алатын КТ;

Көбіктүзгіштер:

• Мұнай және мұнай өнімдерінен, қатты жанғыш материалдардан шыққан өртті сөндіру қолданылатын дымқылдатқыштар мен көбіктерді алуға арналған көбіктүзгіштер;
• Мақсатты жағдай (жанғыш сұйықтықтар немесе ерекше жайдайда) үшін арналған көбіктерді алатын көбіктүзгіштер (теңіз суы, төмен температурада т.б.);
• Қабыршақтүзгіштер.

Жоғарыда келтірілген түрлеріне байланысты көбіктүзгіштер туралы барлық ақпаратты бермейді. Сондықтан көбіктүзгіштердің сипаттамасында әртүрлі классификация жүйелерінің белгілерін пайдаланады.

Қазіргі таңда көбіктүзгіштердің сан алуан құрамдары бар:  анионды БАЗ негізіндегі өте тұрақты көбік түзетін, ашық ауада ұзақ уақыт құрылымын бұзбайтын – синтетикалық көбіктүзгіштер жатады. Бұл -  сөндірілген бензин және мұнай бетінде жақсы сақталатын,  қайтадан өрт шығуына жол бермейтін көбіктер болып табылады.

Құрамында қалыпты біріншілік алкилсульфаттар, карбамид және су бар "Снежок-1" деп аталатын өрт сөндіретін көбіктүзгіш жасалынды, оның артықшылығы оның құрамында осыларға қоса, бутанол бар, ал қалыпты біріншілік аммоний алкилсульфаттары ретінде С12-С14 фракциясы қолданылады, рН-ті реттегіш ретінде натрий гидроксиді пайдаланылады [33].

Құрамында сульфонат, көбікті тұрақтандырғыш және су бар өрт сөндіргіштің ерекшелігі оларға қоса құрамында алкилбензолсульфоқышқылдардың триэтаноламин тұздары болады, ал сульфонат ретінде С11-С17  [34] фракциялы алкилсульфонатты пайдаланады.

[35] еңбектегі ашылу өрт сөндіруге пайдаланылатын беттік активті заттардың, органикалық және бейорганикалық қосылыстардың қоспаларының сулы ерітінділері қоспасы. Өрт сөндіруге арналған көбіктүзгіштің құрамына беттік активті заттар, көбікті тұрақтандырғыштар, бутанол, сірке қышқылының бутил эфирі, мочевина, коррозия ингибиторы және су кіреді.  Сонымен қатар құрамында целлюлозаның қарапайым суда ерігіш эфирлері болады, беттік активті зат ретінде алкилсульфонаттар қолданылады, ингибитор ретінде полифосфат пайдаланылады, көбікті тұрақтандырғыш ретінде жоғары май қышқылдары немесе аминдердің туындылары пайдаланылады. Көбік түзгіш қоспа қолданылатын басқа қоспалармен салыстырғанда тұрақтылығын жоғары сақтай отырып өртті сөндіруі жағынан өте тиімді болып келетін ауа-механикалық көбікті алуға мүмкіндік береді. 

Термотұрақты көбіктің көбік түзгішінің құрамы мынадай мас.%: беттік активті зат 8,1 - 9,1; алюминийдің оксихлориді 11,0 - 12,3; сірке қышқылды аммоний 36,6 - 40,6; сірке қышқылы 1,5 - 3,0 және қалған бөлігі – су [35]. Оның құрамына сірке қышқылын қосу арқылы аса концентрленген көбіктүзгіштің сақталу мерзімін арттыруға мүмкіндік болады, көбіктің тұрақтылығын 2-4 есе арттырады. Көбік түзгіш кез-келген кермектік дәрежесіндегі табиғи суға да, тұздар қоспасына да, әсіресе криогенді болып саналатын құрамында 20 мас.% минералды тұздар болатын тұздық қоспаға да пайдалануға болады. Спирттер мен суда ерігіш органикалық қосылыстарды сөндіру үшін құрамына табиғи немесе синтетикалық полимерлер кіретін көбіктүзгіштер пайдаланылады. Себебі мұндай полимерлерді пайдалану барысында сулы ерітіндіні еріткішпен араластырған кездегі ығысу кезінде коагуляция процесі жақсы жүреді. Нәтижесінде органикалық еріткіштің бетінде көбікті еріткіштен механикалық қорғайтын қалың полимерлі қабықша түзеді. Мысалы мұндай полимерлерге натрий альгинаты, ламинарий жатады.

Белгілі бір мақсаттағы көбіктүзгіштерге аязға төзімді көбіктүзгіштер жатады, олардың құрамында 15%-дан 30%-ға дейін полиэтиленгликольдер болады. Әмбебап әрі көпмақсатты ресейлік “Фторэтол” және “Универсальный” көбіктүзгіштері кез-келген жанғыш сұйықтықтарды сөндіру үшін тиімді болып келеді. Бірақ метанол мен этил спиртін сөндіруде ерекше тиімдірек болып келеді [4].

“Подслойный” секілді қабықша түзетін көбіктүзгіштер көмірсутектің бет бөлігінде сулы қабықшаны өз еркімен түзе алады, ол қабықша су буының жану зонасына түсіп кетпеуін қадағалайды. Сулы ерітіндінің беттік керілуін бірден 15-18 мН/м –ге төмендеткен Бұл эффект сулы ерітіндінің беттік керілу мәнін бірден  15-18 мН/м-ге дейін төмендеткен кезде ғана жүзеге асады [4].

Тұрақтылығы жоғары, жабыстыру қасиеті және өңдейтін заттың бетінде оның синерезис процесі өткеннен кейін қабықша ерітіндісі кеуіп қалатын қасиеті бар ауа-механикалық көбікті алуға арналған көбіктүзгіш қоспа ұсынылған. Ұсынылған қоспаның 11-25%-ы сабынданған таловый пектің сулы ерітіндісінен құралады. Сонымен қатар қоспаның құрамына күйдіргіш натр, күйдіргіш калий немесе ерітінді рН-ы 10-11 аралығында болатындай сұйық шыны кіреді. Техникалық нәтижесі: еселігі және көбіктің тұрақтылығы  артады [37].

Синтетикалық көбіктүзгіштердің құрамына негізгі БАЗ-бен қатар әртүрлі үстемелер де кіреді. Бұл үстемелер жабдықталу сипаттамаларын (тұтқырлығы, коррозиялық төзімділігі, мұздау темперуатурасы, сақталу мерзімі), немесе мақсаттық сипаттамаларын (өрт сөндіргіш және көбіктүзгіш қабілеттерін) жақсартады.

Өрт сөндіргіш қабілеттерін жақсартатын үстемелерге жоғары алифатты спирттер, мочевина, полиаминдер, фосфор қышқылының органикалық эфирлері жатады.

Синтетикалық көбіктердің кемшілігі олардың термо- және гидростатикалық тұрақтылықтарының төмендігі, көмірсутектермен ластануға ыңғайлылығы. Көмірсутекті жанғыш сұйықтықтары бар синтетикалық БАЗ-дар молекуласының полярсыз радикалдарының ынтықтығының арқасында БАЗ молекулалары көбікті бұза отырып жылдам ериді.

Соңғы жылдары өртті сөндіру үшін айтылғандармен қатар ақуыздық көбіктүзгіштер (кератинді, протеинді) де пайдаланылуда. Олардың артықшылығы мынада: олар арзан, әрі биоыдырағыш және шикізат кең таралған. Көбіктің тұрақтандырғышы ретінде әртүрлі БАЗ-дары бар және басқа да қосылыстары бар жалпы формуласы [H2NR(CONHR¢)n]COONa (мұндағы n=3-6, R – төменмолекулалы ақуыздың біріккен қалдығы) болатын гидролизденген табиғи ақуыз қолданылады [4; 9].

Бастапқы шикізат ретінде құстың қауырсыны немесе мүйіздің немесе қойдың тұяғының ұны пайдаланылады. Шикізат сілті ерітіндісімен өңделеді. Алынған гидролизат қышқылдық реакциямен бейтараптандырылады. Сосын тұнбадан сүзіп алады. Одан кейін қоспаның қасиеттерін жақсарту үшін әртүрлі қосылыстар қосылады. Мәселен, мочевинаны өрт сөндіруде тиімділігін арттыру үшін қосады, ал БАЗ-дарда қоспаның көбіктүзгіш қасиетін жақсарту үшін және ұзақ уақыт сақталу үшін қосады.

Консервант ретінде көбінесе фторидтер, фенолдар және темір тұздары пайдаланылады. Көбіктүзгіштің сақталу мерзімін жоғарылату үшін протеиннің бір бөлігін оған коллоидтық-химиялық қасиеттері жақын болып келетін қосылыс – полисахарид қосады.