DEVELOPMENT OF FLUORINE-FREE FIREFIGHTING FOAMS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis _ Hamsa Wahba _ Chemistry _ 251 _ Edited03.pdf Restricted to Repository staff only until 31 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

هندسة الحماية من الحرائق تتحول بسرعة إلى رغوات إطفاء الحرائق الخالية من الفلورين (F3) لحرائق الوقود السائل من الفئة B، خاصة في المنشآت البتروكيماوية التي تعتبر خطيرة للغاية. هذا لأن الناس أصبحوا أكثر قلقًا بشأن التأثيرات الضارة وطويلة الأمد للمواد الكيميائية المعروفة باسم المواد المشبعة بالفلور (PFAS) المستخدمة في رغوات تشكيل الأفلام المائية (AFFF). تطور هذه الأطروحة وتقيّم ثلاثة تركيزات رغوية صناعية خالية من الفلورين (العينات A, B, C) باستخدام قاعدة من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأنيونية/الأمفوتيرية (كبريتات لوريل الصوديوم الإيثري والكوكاميدوبروبيل بيتائين)، وتدمج حزم إضافية مختلفة تعتمد على البورات، الثيويوريا، والأمينات ثنائية الإيثانول/البولي إيثيلين جلايكول، بهدف صياغة تركيزات مناسبة لسيناريوهات الحرائق من الفئة B وفقًا لمعيار UL 162. قمنا بقياس الحموضة والتوصيلية للعينات ، واستخدمنا مطيافية الأشعة تحت الحمراء وتحليل كثافتها والجاذبية النوعية، واستخدام اللزوجة لتحليل تمدد الرغوة ونصف العمر، وتحليل توتر السطح المعلق لتحليل استقرارها الحراري والتخزيني، ثم قمنا بتخفيفها إلى 3 و6% حجماً للاختبار ضد حرائق بِرك الهيدروكربونات بمساحة 50 قدم مربع تحت ظروف معيار UL 162. تُظهر البيانات الفيزيائية والكيميائية أن الثلاث عينات تمتزج جيدًا، وتظل صافية بعد الاستقرار، وتحافظ على كثافتها، وثقلها النوعي، ولزوجتها ضمن الحدود أو بالقرب منها وفقًا لمعيار UL 162. العينات A وB حمضية قليلاً، بينما العينة C ضمن النطاق الطبيعي لدرجة الحموضة. التغيرات من A إلى C التي تكون صغيرة تخفض التوتر السطحي من 32.7 إلى 27.8 مللي نيوتن لكل متر وتطيل نصف عمر الرغوة من 52 إلى 97 دقيقة. كما أنهم يحافظون على تمدد الرغوة مرتفعًا، وثبات الطور مرتفعًا لمدة أسبوع، والرغوة مقاومة للتدهور الحراري عند 50 درجة مئوية. بشكل عام، تُظهر نتائجنا أن الثلاث عينات، وخاصة العينة C، تتمتع بخصائص جيدة لرغوات مكافحة الحرائق الخالية من الفلور. كما أنها تخلق إطارًا لمزيد من التحسين، واختبارات حريق شاملة، وتقييم بيئي.

English Abstract

Fire protection engineering is rapidly transitioning to fluorine-free firefighting foams (F3) for Class B liquid-fuel fires, especially in highly hazardous petrochemical facilities. This is because people are becoming increasingly worried about the long-lasting, harmful effects of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) used in aqueous film-forming foams (AFFF). This thesis develops and evaluates three synthetic fluorine-free foam concentrates (Samples A-C) utilizing an anionic/amphoteric surfactant base (sodium lauryl ether sulphate and cocamidopropyl betaine), and incorporates various additive packages based on borate, thiourea, and diethanol amine/polyethylene glycol, to formulate concentrates suitable for UL 162 Class B fire scenarios. We measured the acidity and conductivity of the concentrates, and measured their density and specific gravity, utilized viscometry to determine the viscosity, and studied their foam expansion and half-life properties, the pendant-drop interfacial tension analysis, and to look at their thermal and storage stability, heat stability testing was done, and then diluted them to 3 and 6 vol% for testing against 50 ft² hydrocarbon pool fires under UL 162 test conditions. The physicochemical data show that all three formulations mix well, remain clear after settling, and maintain densities, specific gravities, and viscosities within or close to the limits set by UL 162. Samples A and B are slightly acidic, while Sample C is in the normal pH range. The small changes from A to C lower the interfacial tension from 32.7 to 27.8 mN m⁻¹ and lengthen the foam half-life from 52 to 97 minutes. They also keep the foam expansion high, the phase stability high for a week, and the foam resistant to thermal degradation at 50 °C. Overall, our results show that the three concentrates, especially Sample C, have good properties for fluorine-free firefighting foams. They also create a framework for further optimization, extensive fire testing, and environmental evaluation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Chanbasha, Basheer
Committee Members:	Mazumder, Mohammad Abu Jafar and Al-Betar, Abdulrahman
Depositing User:	HAMSA WAHBA (g202214420)
Date Deposited:	31 Dec 2025 10:18
Last Modified:	31 Dec 2025 10:18
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143964