非PFOA型水成膜泡沫灭火剂

非PFOA型水成膜泡沫灭火剂在扑救油类火灾的灭火剂中,水成膜泡沫灭火剂由于其水成膜及泡沫的双重灭火作用,具有极佳的灭火效果。水成膜泡沫灭火剂由氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂、泡沫添加剂和适量的有机溶剂制成,是一种无毒、无味、不易腐败的高效灭火剂,存放期可达10a以上。本文介绍新型氨基酸型氟碳表面活性剂,与碳氢表面活性剂复配,配成非PFOA新型高浓度水成膜泡沫灭火剂原液，并对其各种性能进行测定。水成膜泡沫灭火剂配方将RfCONHCH2CH2N(CH2CH2COONa)2氨基酸型氟碳表面活性剂添加有机溶剂、抗冻剂、助溶剂、鳌合剂等辅助组分，研制出性能良好的新型泡沫灭火剂的浓缩液，见表1。表丄3%型水成膜泡沫灭火剂初始配方组成用量/毎a-烯疑磺酸盐20聚丙烯酸共聚物1黄原胶0.10椰油酸「乙醇酰胺2乙二醇2:乙二醇单丁醋51EDTA2FC-010.05氨基酸型氟碳表而活性剂5多聚磷酸钠2去离子水余最在配制浓缩液时,有机溶剂必不可少,适当的有机溶剂还可起到增泡和稳泡作用,有机溶剂种类繁多,这里选择二乙二醇单丁醚(DB)。抗冻剂选择乙二醇，助溶剂选择尿素，鳌合剂选择EDTA。发泡剂用量对水成膜性能的影响当氨基酸型氟碳表面活性剂的质量分数为0.18%，AOS：C8-10的比例为1：3，且黄原胶的质量分数为0.009%，6501的质量分数为0.24%时，测定不同发泡剂量的性能。表面性能如图1所示，泡沫性能如图2所示。-*高度-^-25%析液时冋II 11062%0.4%0.6%0.8%1.0%质呈分数图2不同质量分数碳氢表面活性剂的发泡性能由图1、图2可以看出,发泡剂的用量对发泡能力、25%的析液时间以及表面张力的影响都很大,随着发泡剂浓度的增加,发泡能力和25%的析液时间达到最大后保持平稳,而表面张力则先降低后又升高。一般取略超过表面张力临界浓度为宜,则碳氢表面活性剂质量分数在0.4%左右时,表面张力、发泡能力和25%的析液时间最理想。这主要是由于氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂一个偏两性型,一个偏阴离子型,使得一个带正电荷一个带负电荷,因此异电性亲水基之间强烈的静电吸引作用使表面活性剂分子在表面吸附层的排列更紧密,从而进一步降低水溶液的表面张力,即达到全面增效作用。同时碳氢表面活性剂疏水链长增加具有两方面的作用。一方面使CMC降低，相应地降低了临界铺展浓度;另一方面当碳氢链长度超过碳氟链时,超出的碳氢链部分有可能发生弯曲而部分覆盖碳氟链,使最外面碳氟链的密度相对下降，导致表面张力高，因而使临界铺展浓度增加，甚至当水溶液表面张力增加到一定程度，导致铺展系数小于零，以致不能铺展。此外，碳氢表面活性剂疏水链长增加也同时降低了碳氟表面活性剂的溶解性，使得表面张力升高。三）稳定剂对水成膜性能的影响当氟碳表面活性剂的质量分数为0.18%，碳氢表面活性剂的质量分数为0.6%，黄原胶的质量分数为0.009%时，选择具有代表性的稳泡剂椰油酸二乙醇酰胺6501（1：1.5），研究其对添加黄原胶后的水成膜泡沫灭火剂的泡沫性能影响，结果如图3、图4所示。

so7.80 0.5% 1.0% 15% 20% 2.5% 3.0%.一N」^3so7.80 0.5% 1.0% 15% 20% 2.5% 3.0%.一N」^3」JOOOOO08642一1—nU^1兰口E矮空％£8642O88.&&&X7I-11111UNUVH当B來MM分数图3不同质量分数6501的发泡性能图4不同质量分数6501的表面活性由图3、图4可知,加入6501稳定剂后,产生的泡沫更加稳定。同时,随着6501的加入,表面活性剂的表面活性也越来越大。这是因为这种大分子物质使溶液的粘度增大,液膜中的液体不易排出,使液膜变薄的速度变慢,因而延缓了液膜的破裂时间,泡沫的析液时间越来越长。当6501质量分数为0.18%时，25%析液时间已超过2.5min,这时的溶液发泡倍数为7.2,符合灭火剂要求。由此确定6501用量为0.18%。四）增稠剂对水成膜性能的影响由于氟碳链具有很强的憎水性,单一氟碳表面活性剂的泡沫排液速度很快。而实际灭火中,要求泡沫有慢的排液速度。因此,考虑加入一些亲水性高分子冲淡氟碳链憎水性,增加泡沫液粘度,从而增加泡沫稳定性,延缓泡沫析液时间。此外,亲水性高分子还可增强泡沫的抗烧性能和抗复燃能力,常用的亲水性高分子一般为多羟基化合物,如黄原胶、桃胶、明胶、瓜儿胶等。当氟碳表面活性剂的质量分数为0.18%,碳氢表面活性剂的质量分数为0.6%,6501（1：1.5）的质量分数为0.18%,聚丙烯酸共聚物的质量分数为0.01%时,研究添加不同质量分数的黄原胶的稳泡效果,结果见图5、图6所示。EH87.27.57.4农池倍数2$%析沼：uiruj■^―'5JU7[.；.!■EH87.27.57.4农池倍数2$%析沼：uiruj■^―'5JU7[.；.!■令瀕r图5黄原胶质量分数对水成膜泡沫灭火剂溶液泡沫性能的影响7.67.37.000 0.02^0.04*^0.06^00甘％0?I6?^n3.353,25-3.20335-3.109.220.220.019.819.6-19.4198^9.220.220.019.819.6-19.4198^0.02% 004% 00&M 008% 0.10%质餐井数图6不同质量分数黄原胶的表面活性由图5、图6可以看出,随着黄原胶质量分数的增加,泡沫25%析液时间明显增加,这是因为在溶液中加入黄原胶后,由于形成氢键的作用,使表面粘度增大,膜的强度增加,泡膜内液体流失速度变慢,气体透过性降低,故可使泡沫寿命显著延长,稳定性大提高,但相应的由于溶液粘度过高,使得体系一方面增加了液相的粘度,使泡沫稳定,另一方面使表面吸附的速度减慢,表面张力在一定时间内增大。根据实验现象,未加黄原胶时,产生的泡沫表层松散,单个泡沫体积较大,较易破灭;加入黄原胶后,泡沫表层致密,单个泡沫体积均匀细小,泡沫较难破灭。但同时由于黄原胶的加入,随着液相粘度的增大,起泡时需要克服的粘滞阻力相应增大,起泡能力就会减弱。由于黄原胶在油面可以漂浮,使得加入黄原胶在一定程度上可以反映其抗溶性。测定0.003%黄原胶在丙酮上稳泡性,结果见图7所示。测定不同浓度下黄原胶在丙酮上的稳泡性能,结果见图8。（50Imin府 <b）4门后C(Z)Hminfri ( )7mimJi-f图7 0.003%黄原胶在丙酮上稳定性

由图7由图7、图8可以看出,随着黄原胶用量的增大,丙酮稳泡时间越长。这主要是黄原胶和聚丙烯酸共聚物能在丙酮表面形成一层致密的白色薄膜,能起到抗溶作用。考虑到黄原胶的溶解性能差,体系中添加不易太多,只能添加少量,根据制作工艺以及实际效果,选择质量分数0.003%为最佳添加量。（五）稳泡剂对水成膜性能的影响当氟碳表面活性剂的质量分数为0.18%,碳氢表面活性剂的质量分数为0.6%,6501（1：1.5）的质量分数为0.18%,聚丙烯酸共聚物的质量分数为0.01%,黄原胶的质量分数为0.003%时,泡沫倍数可以达到7.3,稳泡可以达到3.30min,虽然可以达到国家标准,但泡沫很稀易破碎，真正灭火时的效果很差为了进一步完善其效果,在配方中加入羟乙基纤维素,测定不同浓度羟乙基纤维素的稳泡效果,结果如图9所示。昌舌SS纤维素,测定不同浓度羟乙基纤维素的稳泡效果,结果如图9所示。昌舌SS力JUTUl-6^W图9不同质量分数HEC的泡沫性能根据GB17427-1998《水成膜泡沫灭火剂》综合考虑，由图9可以看出，当羟乙基纤维素的质量分数在0.055%时,泡沫稳定时间长达5min。羟乙基纤维素引起溶液粘度增加的幅度较小，这类稳泡剂作为一种活性物质加入起泡液中，通过协同作用增强表面吸附分子间的相互作用使表面吸附膜强度增大，提高薄膜的质量，增加薄膜的弹性，减小泡沫的透气性，从而提高泡沫的稳定性。将氨基酸型氟碳表面活性剂与两性氟碳表面活性剂按100：1的比例复配，测定其不同质量分数下的表面张力，测定结果如图10所示。O 辽％ E% IO%图10不同质量分数下的表面张力由图10可以看出，氨基酸型氟碳表面活性剂加入Intechem-01氟碳表面活性剂（FC-01）后表面张力明显降低了。Intechem-01氟碳表面活性剂属于阴离子型氟碳表面活性剂。由于氨基酸型氟碳表面活性剂为两性，而两性离子表面活性剂分子中有正电荷存在，溶液中阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂之间存在着强烈的相互作用。氨基酸型表面活性剂的正电荷和Intechem-01阴离子基团存在静电吸引作用，而且两者都存在疏水相互