CN108865068A - 一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法 - Google Patents

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CN108865068A CN201710316287.2A CN201710316287A CN108865068A CN 108865068 A CN108865068 A CN 108865068A CN 201710316287 A CN201710316287 A CN 201710316287A CN 108865068 A CN108865068 A CN 108865068A
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程卫民
王宇
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Abstract

本发明公开了一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，按照质量百分比包括以下组分：0.1%~0.2%的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.05%~0.1%的仲烷基磺酸钠、0.2%~0.4%的十八烷基三甲基氯化铵、0.02%~0.03%的脂肪酸二乙醇酰胺、0.03%~0.05%氧化胺、0.2%~0.3%的月桂醇醚磷酸酯钾、0.1%~0.2%的二丁酸二辛酯磺酸钠、0.1%~0.2%的氯化钠、0.05%~0.1%的羧甲基淀粉钠、0.01%~0.04%的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，余量为水。添加了用于提升泡沫润湿性能的月桂醇醚磷酸酯钾、二丁酸二辛酯磺酸钠、氯化钠和羧甲基淀粉钠，有效提高了泡沫捕尘能力。该泡沫发生剂具有较强的润湿性及溶解性，其生成的泡沫不易破碎，能更好的覆盖及消除粉尘，尤其对呼吸性粉尘拦截效率高，且吸湿保水能力强，可预防二次扬尘，从而营造良好的工作环境，且对人体无毒害作用。

Description

一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及矿山地下开采领域，具体涉及一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法。
背景技术
随着矿井机械化提高，矿井粉尘成为职业病的首要诱因。粉尘是煤炭破碎的固有产物，掘进过程也是产尘过程，主要是煤岩受到采煤机截齿的截割和摩擦产生的粉尘，占工作面粉尘的82%以上。此外，在工作面通风或者作业过程中沉积的粉尘又被扬起，形成次生粉尘，直接威胁矿井的安全生产及矿工的身心健康。我国对煤矿工作面粉尘的允许浓度规定为：岩矿中游离二氧化硅含量大于10%时，粉尘允许浓度为1 mg/m3；岩矿中游离二氧化硅含量小于10%时，粉尘允许浓度为4 mg/m3。而据实测现场作业过程中，即使采取一定的防尘措施，粉尘浓度仍高达500～800mg/m3，远远超过了国家规定。
目前，国内针对高浓度粉尘常用的降尘措施主要有湿式作业、通风除尘、喷雾降尘、气幕控尘等，这些防尘技术在一定程度上降低了粉尘的浓度，但是效果不够理想，尤其是呼吸性粉尘的浓度仍然较高，对工人健康状况造成极大威胁。泡沫降尘技术是将配比好的泡沫发生剂溶于水后，经过泡沫发生器装置将产生的泡沫喷射并覆盖尘源，减少尘源处粉尘向工作面后方逸散，但该技术仍存在很多问题，如泡沫润湿性能差，拦截粉尘能力低；溶解度差，间接降低了除尘性能；泡沫半衰期短易破碎。
发明内容
鉴于上述泡沫降尘技术的不足，本发明提供的一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，以解决普通泡沫发生剂润湿性能差、半衰期短等问题，且具有较强的吸湿保水性能，可有效降低现场工作面的粉尘浓度。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，其中，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.1%~0.2%
仲烷基磺酸钠： 0.05%~0.1%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.2%~0.4%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.02%~0.03%
氧化胺： 0.03%~0.05%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%~0.3%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.1%~0.2%
氯化钠： 0.1%~0.2%
羧甲基淀粉钠： 0.05%~0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.01%~0.04%
余量为水。
所述的矿用泡沫发生剂，其中，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.1%
仲烷基磺酸钠： 0.06%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.3%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.02%
氧化胺： 0.04%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.2%
氯化钠： 0.1%
羧甲基淀粉钠： 0.05%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.03%
水： 98.90%。
所述的矿用泡沫发生剂，其中，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.2%
仲烷基磺酸钠： 0.05%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.4%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.03%
氧化胺： 0.03%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.3%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.1%
氯化钠： 0.2%
羧甲基淀粉钠： 0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.04%
水： 98.55%。
所述的矿用泡沫发生剂，其中，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.1%
仲烷基磺酸钠： 0.1%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.4%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.03%
氧化胺： 0.05%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.1%
氯化钠： 0.2%
羧甲基淀粉钠： 0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.04%
水： 98.68%。
所述的矿用泡沫发生剂，其中，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.2%
仲烷基磺酸钠： 0.05%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.3%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.02%
氧化胺： 0.04%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.2%
氯化钠： 0.1%
羧甲基淀粉钠： 0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.03%
水： 98.76%。
本发明提供的一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，添加了用于增强发泡性能的脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠和十八烷基三甲基氯化铵，其中，脂肪醇聚氧乙烯醚具有优良的发泡、乳化及润湿性能，仲烷基磺酸钠在强碱、高温条件下具有极强渗透力，兼具乳化、耐硬水功能，十八烷基三甲基氯化铵是两性离子表面活性剂，具有良好的发泡性、增稠性和抗硬水性，从而增加了泡沫发生剂的发泡倍数；添加了用于增强泡沫稳定性的脂肪酸二乙醇酰胺，增加泡沫的透气性，减缓泡沫的排液速率，从而提高了泡沫的稳定性；添加了用于促进泡沫生成的氧化胺，氧化胺是一种阳离子表面活性剂，用作阴离子表面活性剂的泡沫促进剂，从而加快了泡沫的生成速率；添加了用于提升泡沫润湿性能的月桂醇醚磷酸酯钾、二丁酸二辛酯磺酸钠、氯化钠和羧甲基淀粉钠，其中月桂醇醚磷酸酯钾和二丁酸二辛酯磺酸钠均为阴离子表面活性剂，具有优良的润湿性，可增强水溶液与粉尘之间的相互吸引力，降低水溶液的表面张力，使湿润更加自发的进行，加入无机盐氯化钠、羧甲基淀粉钠后，增强了表面活性剂吸湿保水的能力，从而提高了润湿性能，并且无机盐氯化钠的吸湿性能会随着周围环境相对湿度的增加而提高，从而保持粉尘的含水量，预防粉尘的二次飞扬；添加了用于增强试剂溶解性能的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，其提高了泡沫发生剂在水中的溶解能力，从而进一步加强了泡沫发生剂的发泡、稳泡及润湿性能。该发明配制而成的泡沫发生剂具有较强的润湿性及溶解性，其生成的泡沫不易破碎，能更好的覆盖及消除粉尘，尤其对呼吸性粉尘拦截效率高，并且其吸湿保水能力强，可预防二次扬尘，有效降低矿井工作面粉尘浓度，且对人体无毒害作用。
本发明提供的一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，其制备方法为：
（1）按照组分质量百分比为：脂肪醇聚氧乙烯醚0.1%~0.2%，仲烷基磺酸钠0.05%~0.1%，十八烷基三甲基氯化铵0.2%~0.4%，脂肪酸二乙醇酰胺0.02%~0.03%，氧化胺0.03%~0.05%，月桂醇醚磷酸酯钾0.2%~0.3%，二丁酸二辛酯磺酸钠0.1%~0.2%，氯化钠0.1%~0.2%，羧甲基淀粉钠0.05%~0.1%，失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚0.01%~0.04%，余量为水进行配料；
（2）将发泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵，稳泡剂脂肪酸二乙醇酰胺，泡沫促进剂氧化胺按照比例置于容器中，加入40-50℃的水进行水浴处理，搅拌0.5~1小时至均匀；
（3）向步骤（2）的混合溶液加入润湿剂月桂醇醚磷酸酯钾、二丁酸二辛酯磺酸钠、氯化钠、羧甲基淀粉钠及溶解剂失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚；
（4）将步骤（3）获得的混合溶液进行搅拌至完全溶解，控制溶液的pH值在6-7之间，得到泡沫发生剂。
附图说明
图1是本发明中枣矿集团付村煤矿综掘工作面不同防尘措施条件下粉尘浓度对比图；
图中包括未采取防尘措施、仅采取清水喷雾、采用本发明实施例1、采用本发明实施例2、采用本发明实施例3共五种防尘方式的数据对比。
具体实施方式
本发明提供了一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，其中，按照质量百分比其包括以下组分：0.1%~0.2%的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.05%~0.1%的仲烷基磺酸钠、0.2%~0.4%的十八烷基三甲基氯化铵、0.02%~0.03%的脂肪酸二乙醇酰胺、0.03%~0.05%氧化胺、0.2%~0.3%的月桂醇醚磷酸酯钾、0.1%~0.2%的二丁酸二辛酯磺酸钠、0.1%~0.2%的氯化钠、0.05%~0.1%的羧甲基淀粉钠、0.01%~0.04%的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，余量为水。该泡沫发生剂发泡倍数提高至120-230倍之间，在无外界干扰的状况下，泡沫的半衰期增加至55分钟，由于其较高的润湿性能，通过接触角测试仪测量得该泡沫发生剂对粉尘的接触角降至2.5°以下，可有效提高降尘效率。
更优选的可以采用如下比例关系，0.1%的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.06%的仲烷基磺酸钠、0.3%的十八烷基三甲基氯化铵、0.02%的脂肪酸二乙醇酰胺、0.04%的氧化胺、0.2%的月桂醇醚磷酸酯钾、0.2%的二丁酸二辛酯磺酸钠、0.1%的氯化钠、0.05%的羧甲基淀粉钠、0.03%的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、98.90%的水。或者0.2%的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.05%的仲烷基磺酸钠、0.4%的十八烷基三甲基氯化铵、0.03%的脂肪酸二乙醇酰胺、0.03%的氧化胺、0.3%的月桂醇醚磷酸酯钾、0.1%的二丁酸二辛酯磺酸钠、0.2%的氯化钠、0.1%的羧甲基淀粉钠、0.04%的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、98.55%的水。又或者0.1%的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.1%的仲烷基磺酸钠、0.4%的十八烷基三甲基氯化铵、0.03%的脂肪酸二乙醇酰胺、0.05%的氧化胺、0.2%的月桂醇醚磷酸酯钾、0.1%的二丁酸二辛酯磺酸钠、0.2%的氯化钠、0.1%的羧甲基淀粉钠、0.04%的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、98.68%的水。又或者0.2%的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.05%的仲烷基磺酸钠、0.3%的十八烷基三甲基氯化铵、0.02%的脂肪酸二乙醇酰胺、0.04%的氧化胺、0.2%的月桂醇醚磷酸酯钾、0.2%的二丁酸二辛酯磺酸钠、0.1%的氯化钠、0.1%的羧甲基淀粉钠、0.03%的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、98.76%的水。
当然在上述各个组分百分含量的范围内还可以变换出多种组合，由于篇幅所限，在此不再一一列举。
此外，本发明提供的一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，其具体制备步骤为：
（1）按照组分质量百分比为：脂肪醇聚氧乙烯醚0.1%~0.2%，仲烷基磺酸钠0.05%~0.1%，十八烷基三甲基氯化铵0.2%~0.4%，脂肪酸二乙醇酰胺0.02%~0.03%，氧化胺0.03%~0.05%，月桂醇醚磷酸酯钾0.2%~0.3%，二丁酸二辛酯磺酸钠0.1%~0.2%，氯化钠0.1%~0.2%，羧甲基淀粉钠0.05%~0.1%，失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚0.01%~0.04%，余量为水进行配料；
（2）将发泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵，稳泡剂脂肪酸二乙醇酰胺，泡沫促进剂氧化胺按照比例置于容器中，加入40-50℃的水进行水浴处理，搅拌0.5~1小时至均匀；
（3）向步骤（2）的混合溶液加入润湿剂月桂醇醚磷酸酯钾、二丁酸二辛酯磺酸钠、氯化钠、羧甲基淀粉钠及溶解剂失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚；
（4）将步骤（3）获得的混合溶液进行搅拌至完全溶解，控制溶液的pH值在6-7之间，得到泡沫发生剂。
为了更进一步的描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。
实施例1
将1g脂肪醇聚氧乙烯醚、0.6g的仲烷基磺酸钠、3g的十八烷基三甲基氯化铵、0.2g的脂肪酸二乙醇酰胺、0.4g的氧化胺、2g的月桂醇醚磷酸酯钾、2g的二丁酸二辛酯磺酸钠、1g的氯化钠、0.5g的羧甲基淀粉钠、0.3g的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚加入到989.0g的水，使其充分混合，完全溶解，最终配置成1000kg泡沫发生剂溶液。在该泡沫发生剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚所占比例为0.1%，仲烷基磺酸钠所占比例为 0.06%，十八烷基三甲基氯化铵所占比例为0.3%，脂肪酸二乙醇酰胺所占比例为0.02%，氧化胺所占比例为0.04%，月桂醇醚磷酸酯钾所占比例为 0.2%，二丁酸二辛酯磺酸钠所占比例为0.2%，氯化钠所占比例为 0.1%，羧甲基淀粉钠所占比例为0.05%，失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚所占比例为 0.03%，水所占比例为 98.90%。
实施例2
将2g的脂肪醇聚氧乙烯醚、0.5g的仲烷基磺酸钠、4g的十八烷基三甲基氯化铵、0.3g的脂肪酸二乙醇酰胺、0.3g的氧化胺、3g的月桂醇醚磷酸酯钾、1g的二丁酸二辛酯磺酸钠、2g的氯化钠、1g的羧甲基淀粉钠、0.4g的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚加入985.5g的水中，使其充分混合，完全溶解，最终配置成1000kg泡沫发生剂溶液。在该泡沫发生剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚所占比例为0.2%，仲烷基磺酸钠所占比例为0.05%，十八烷基三甲基氯化铵所占比例为0.4%，脂肪酸二乙醇酰胺所占比例为0.03%，氧化胺所占比例为0.03%，月桂醇醚磷酸酯钾所占比例为0.3%，二丁酸二辛酯磺酸钠所占比例为0.1%，氯化钠所占比例为0.2%，羧甲基淀粉钠所占比例为0.1%，失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚所占比例为0.04%，水所占比例为98.55%。
实施例3
将1g的脂肪醇聚氧乙烯醚、1g的仲烷基磺酸钠、4g的十八烷基三甲基氯化铵、0.3g的脂肪酸二乙醇酰胺、0.5g的氧化胺、2g的月桂醇醚磷酸酯钾、1g的二丁酸二辛酯磺酸钠、2g的氯化钠、1g的羧甲基淀粉钠、0.4g的失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚加入986.8g的水中，使其充分混合，完全溶解，最终配置成1000kg泡沫发生剂溶液。在该泡沫发生剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚所占比例0.1%，仲烷基磺酸钠所占比例为0.1%，十八烷基三甲基氯化铵所占比例为0.4%，脂肪酸二乙醇酰胺所占比例为0.03%，氧化胺所占比例为0.05%，月桂醇醚磷酸酯钾所占比例为0.2%，二丁酸二辛酯磺酸钠所占比例为0.1%，氯化钠所占比例为0.2%，羧甲基淀粉钠所占比例为0.1%，失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚所占比例为0.04%，水所占比例为98.68%。
将实施例1-3所示的泡沫发生剂在枣矿集团付村煤矿综掘工作面进行了现场试验，并分别测定了工作面未采用任何防尘措施、仅采用清水喷雾以及由3个实施例溶液制备的发泡剂进行泡沫除尘后各测点粉尘浓度分布情况，测定结果如图1所示。
从图1可以看出，实施例1-3所述的泡沫发生剂应用后，工作面的全尘和呼尘平均降尘率分别为：87.45%和82.73%，87.13%和81.68%，87.55%和83.28%。与清水相比，全尘和呼尘实施例1-3平均降尘率分别提高了：46.13个百分点和45.95个百分点，45.80个百分点和44.90个百分点，46.23个百分点和46.50个百分点，大幅度提高了泡沫降尘效果。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂及其制备方法，其特征在于，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.1%~0.2%
仲烷基磺酸钠： 0.05%~0.1%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.2%~0.4%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.02%~0.03%
氧化胺： 0.03%~0.05%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%~0.3%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.1%~0.2%
氯化钠： 0.1%~0.2%
羧甲基淀粉钠： 0.05%~0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.01%~0.04%
余量为水。
2.根据权利要求书1所述的矿用泡沫发生剂，其特征在于，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.1%
仲烷基磺酸钠： 0.06%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.3%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.02%
氧化胺： 0.04%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.2%
氯化钠： 0.1%
羧甲基淀粉钠： 0.05%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.03%
水： 98.90%。
3.根据权利要求书1所述的矿用泡沫发生剂，其特征在于，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.2%
仲烷基磺酸钠： 0.05%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.4%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.03%
氧化胺： 0.03%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.3%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.1%
氯化钠： 0.2%
羧甲基淀粉钠： 0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.04%
水： 98.55%。
4.根据权利要求书1所述的矿用泡沫发生剂，其特征在于，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.1%
仲烷基磺酸钠： 0.1%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.4%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.03%
氧化胺： 0.05%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.1%
氯化钠： 0.2%
羧甲基淀粉钠： 0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.04%
水： 98.68%。
5.根据权利要求书1所述的矿用泡沫发生剂，其特征在于，按照质量百分比其包括以下组分：
脂肪醇聚氧乙烯醚： 0.2%
仲烷基磺酸钠： 0.05%
十八烷基三甲基氯化铵： 0.3%
脂肪酸二乙醇酰胺： 0.02%
氧化胺： 0.04%
月桂醇醚磷酸酯钾： 0.2%
二丁酸二辛酯磺酸钠： 0.2%
氯化钠： 0.1%
羧甲基淀粉钠： 0.1%
失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚： 0.03%
水： 98.76%。
6.根据权利要求1所述的一种吸湿保水型矿用泡沫发生剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）按照组分质量百分比为：脂肪醇聚氧乙烯醚0.1%~0.2%，仲烷基磺酸钠0.05%~0.1%，十八烷基三甲基氯化铵0.2%~0.4%，脂肪酸二乙醇酰胺0.02%~0.03%，氧化胺0.03%~0.05%，月桂醇醚磷酸酯钾0.2%~0.3%，二丁酸二辛酯磺酸钠0.1%~0.2%，氯化钠0.1%~0.2%，羧甲基淀粉钠0.05%~0.1%，失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚0.01%~0.04%，余量为水进行配料；
（2）将发泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚、仲烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵，稳泡剂脂肪酸二乙醇酰胺，泡沫促进剂氧化胺按照比例置于容器中，加入40-50℃的水进行水浴处理，搅拌0.5~1小时至均匀；
（3）向步骤（2）的混合溶液加入润湿剂月桂醇醚磷酸酯钾、二丁酸二辛酯磺酸钠、氯化钠、羧甲基淀粉钠及溶解剂失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚；
（4）将步骤（3）获得的混合溶液进行搅拌至完全溶解，控制溶液的pH值在6-7之间，得到泡沫发生剂。
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