張 滿，曹 青，張連超，吳 楠

(濱州學院 化工與安全學院，山東 濱州 256600)

水成膜滅火劑(AFFF)是目前泡沫滅火劑中效果最好的滅火劑[1]，但由于其核心成分為氟碳表面活性劑，對環(huán)境造成很大污染，氟碳表面活性劑具有難降解的特點[2]，面對環(huán)境污染的嚴峻性，研究出綠色環(huán)境友好型滅火劑至關重要。

國內外針對環(huán)境友好型滅火劑已有不少研究[3-5]，但降低滅火劑中氟碳表面活性劑的用量不能從根本上解決關鍵問題，找不到氟碳表面活性劑的替代品就意味著還有環(huán)境問題以及高額成本問題。而碳氫表面活性劑和有機硅表面活性劑[3]具有易降解、起泡性能好等優(yōu)點，本文針對碳氫和有機硅表面活性劑對滅火劑性能的影響進行相關的實驗研究。

1 實驗裝置與測試方法

1.1 實驗材料與設備

所用實驗材料十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)，上海展云化工有限公司；十二烷基葡糖苷[6](APG0810)，臨沂億群化工；椰油酰胺丙基甜菜堿(CAB)，臨沂億群化工；十二烷基硫酸鈉(K-12)，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，上海麥克林化工有限公司；月桂酰胺丙基甜菜堿(LAB-35)，青島優(yōu)索化學科技有限公司；環(huán)己烷，煤油。

本實驗所用實驗裝置是由VZL2000型全自動表面張力儀、MCR 302流變儀及2152型羅氏泡沫儀組成。

1.2 測試方法

將六種表面活性劑分別按3%、6%配成泡沫滅火劑，測定其表面張力、界面張力、發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時間、鋪展性、滅火性能綜合來分析表面活性劑對滅火劑性能的影響。

1.2.1 表面性能測試方法

遵循GB 15308-2006[7]的要求，采用全自動表面張力儀以拉環(huán)法測液體表面張力[8]，采用VZL2000型全自動界面張力測定儀拉膜破裂法測定溶液的界面張力[9]，用流變儀[10-11]測泡沫滅火劑的粘度。

1.2.2 泡沫性能測試

泡沫性能最常用的方法是Ross-Miles法[12-13]，采用2152型羅氏泡沫儀測不同質量分數(shù)泡沫滅火劑的發(fā)泡倍數(shù)、25%析液時間及泡沫穩(wěn)定性。

1.2.3 鋪展性能測試

選擇直徑為9 cm的表面皿，將30 mL的環(huán)己烷加入其中，用微量注射器抽取3 mL泡沫滅火劑緩慢勻速滴加到表面皿中，記錄泡沫滅火劑在環(huán)己烷表面完全鋪展或到表面皿邊緣的時間，即為鋪展時間[14]。計算所用泡沫滅火劑的體積計算鋪展速度和鋪展面積。

1.2.4 滅火性能測試

點火后，先讓油盤火燃燒60 s，待油面上方形成穩(wěn)定火焰后，開始持續(xù)噴射泡沫，并開始計時，直至火焰完全熄滅，即可得到滅火時間。每種滅火劑連續(xù)測試三組趨于穩(wěn)定的數(shù)據(jù)停止實驗，記錄所測三組實驗數(shù)據(jù)并取其平均值作為實驗結果[16]。

2 實驗結果

2.1 泡沫滅火劑表面性能

不同質量分數(shù)表面活性劑的泡沫滅火劑的表面張力及界面張力如圖1、圖2所示。從圖1中可以看出，BS-12表面張力在六種表面活性劑中最小，3%的BS-12泡沫滅火劑表面張力是20.4 mN/m。同時質量分數(shù)為3% BS-12泡沫滅火劑比6%的表面張力還低。說明在一定程度上，此表面活性劑的質量分數(shù)越小，表面張力越小。這由于表面活性劑分子濃度達到飽和，表面活性劑分子中疏水基分子與親水基排斥力大，因此泡沫滅火劑的表面張力低。

由圖2可知，BS-12界面張力在六種表面活性劑中最低，3%的BS-12泡沫滅火劑的界面張力是25.3 mN/m。對于CAB和CTAB，質量分數(shù)越大，界面張力越小，而對于其余四種，質量分數(shù)越大，界面張力越大，表明表面活性劑的質量分數(shù)會對滅火劑的表面性能產生影響。

圖1 泡沫滅火劑的表面張力

圖2 泡沫滅火劑界面張力

不同質量分數(shù)表面活性劑的泡沫滅火劑的粘度如圖3所示，由圖可知，3%泡沫滅火劑中兩性表面活性劑CAB粘度最小，且六種泡沫滅火劑粘度差別很小，同時3%的泡沫滅火劑粘度比6%品泡沫滅火劑粘度小。其原因是由于CAB泡沫滅火劑對其內摩擦力小，流動性大，碳氫結合結構少且不牢固；質量分數(shù)大，流體動力對內摩擦力大，同時碳氫結合的多，黏度大。

圖3 泡沫滅火劑粘度

2.2 泡沫滅火劑的鋪展性能

圖4 泡沫滅火劑鋪展時間

不同質量分數(shù)的六種表面活性劑的泡沫滅火劑在環(huán)己烷中鋪展時間如圖4所示。從圖中可以看出， K-12泡沫滅火劑在環(huán)己烷表面展現(xiàn)出很好的鋪展性，同時3%的泡沫滅火劑比6%泡沫滅火劑在環(huán)己烷表面鋪展時間要短。這與上面所測粘度相符，質量分數(shù)小的粘度小，流動性大，鋪展性能好。

鋪展速度降低會使滅火劑滅火時間的延長，降低滅火性能。鋪展量越大則液膜越厚，泡沫的穩(wěn)定性及抗燒性能越好。不同表面活性劑對滅火劑的鋪展量以及鋪展速度影響的實驗結果如表1所示。由表可知，6%的K-12泡沫滅火劑在環(huán)己烷表面鋪展迅速，但其的鋪展量很小，說明其泡沫不是很穩(wěn)定。BS-12、APG0810、LAB-35鋪展量大，說明它們的泡沫穩(wěn)定性及抗燒性能好。

表1 泡沫滅火劑的鋪展性能參數(shù)

2.3 泡沫滅火劑的泡沫性能

圖5 泡沫滅火劑發(fā)泡倍數(shù)

圖6 泡沫滅火劑析液時間

六種表面活性劑的泡沫滅火劑發(fā)泡倍數(shù)以及25%析液時間如圖5、圖6所示。表面活性劑APG0810的發(fā)泡倍數(shù)高于其他六種表面活性劑，且3%的發(fā)泡倍數(shù)高于6%發(fā)泡倍數(shù)。這說明相同質量分數(shù)的表面活性劑，APG0810中表面活性劑分子濃度高，活性小，排列緊密，體系表面能和表面張力均小，泡沫生成多，發(fā)泡倍數(shù)高。隨著質量分數(shù)增大，表面活性分子濃度達到飽和，分子多，活性大，排列由緊密變得疏松，表面張力大，泡沫生成少。

非離子表面活性劑APG0810在六種表面活性劑中25%析液時間最長，析液時間可以反應泡沫體系是否穩(wěn)定，泡沫的析液時間長短取決于泡沫自身的穩(wěn)定性，隨著泡沫的生成，液體表面積增大，表面能增高。綜合發(fā)泡倍數(shù)以及25%析液時間，發(fā)現(xiàn)3%泡沫滅火劑比6%的泡沫滅火劑泡沫性能好。這是由于泡沫體系趨向于低表面張力，而3%泡沫滅火劑表面張力比6%泡沫滅火劑表面張力低，體表性能小，液膜排液動力和速度大，泡沫穩(wěn)定性好，因此析液時間長。

2.4 泡沫滅火劑的滅火性能

對六種表面活性劑泡沫滅火劑進行滅火性能實驗測試，滅火時間對比如圖7所示，綜合兩種質量分數(shù)的泡沫滅火劑，非離子表面活性劑APG0810滅火時間最短。這是由于APG0810發(fā)泡倍數(shù)高且25%析液時間長，在火焰表面迅速覆蓋一層細密的泡沫，抑制燃料的蒸發(fā)速度，泡沫能迅速將火焰撲滅。

圖7 泡沫滅火劑滅火時間

3 結論

用六種表面活性劑分別配置滅火劑，通過對滅火劑的性能進行測試分析，選擇滅火時間這一性能為篩選表面活性劑的標準，綜合其它性能，APG0810泡沫滅火劑滅火時間短。在六種表面活性劑表面活性分子濃度一定情況下，APG0810疏水基分子與親水基分子排斥力小，從而表面張力比BS-12的表面張力高； APG0810鋪展量大，液膜厚，泡沫性能穩(wěn)定，但對鋪展時間有一定影響，從而導致鋪展時間長。綜合實驗結果分析，表面活性劑APG0810制備的泡沫滅火劑性能最優(yōu)。