摘要研究一种新型非离子氟碳表面活性剂Interchem-1的溶液性能，最低表面张力可达16.8mN/m，临界胶束浓度为5×10^-4～1×10^-3，同时具有良好的发泡性及泡沫稳定性。以Intechem-1氟碳表面活性剂为主剂的轻水泡沫灭火剂，显示出优异的灭火效果。关键词：氟碳表面活性剂Intechem-1表面张力铺展系数轻水泡沫灭火剂

本文研究了一种以(HFPO)为全氟碳链的新型非离子氟碳表面活性剂Intechem-1的溶液性能，测试其表面张力及临界胶束浓度。对其水溶液的发泡性能及泡沫稳定性进行了初步研究。并以这种氟碳表面活性剂为主剂。配制轻水泡沫灭火剂，评价其主要物理化学性能及灭火效果。

一、Intechem-1氟碳表面活性剂溶液性能

1.1试剂与仪器

Intechem-1氟碳表面活性剂。;Jzhyl-180型界面张力仪，河北承德试验机有限责任公司;Ross-Miles泡沫测定仪。

1.2实验方法

1.2.1表面张力及临界胶束浓度的测定

用拉起液膜法测定溶液的表面张力，温度为20±0.2℃，溶液配制后静置30min，使表面活性剂溶液达到平衡;测量时还应充分被溶液润湿。表面张力γ数据为测量3次的平均值。临界胶束浓度附近的平均误差为±0.2mN/m，小于临界胶束浓度时的测量误差为±0.4mN/m。测定界面张力时，将铂环降至溶液液面以下，在溶液上加一层5～7mm厚的20±02℃的环己烷，(6±1)min后，测定界面张力，精确到0.1mN/m，重复3次，取平均值作为测定结果。

1.2.2发泡性能及泡沫稳定性的测定

采用ASMT(美国材料试验协会)标准的Ross-Miles倾注起泡试验法。实验时，将配制好的200mL表面活性剂溶液从高为900mm，内径为219mm的移液管中自由落下，冲击在盛有50mL相同溶液并带有刻度的圆筒型Ross-Miles泡沫测定仪中，以产生泡沫。当移液管中的溶液全部倾注完毕时，记下圆筒中生成泡沫的高度H0(mm)作为发泡能力的量度，再读出5min后的泡沫高度H5(mm)，以下式计算泡沫破裂速度V作为泡沫稳定性的量度。

V=H0-H560×5(mm/s)显然，H0值越大，说明溶液的发泡能力越大;V值越小，则泡沫破裂的速度越慢，泡沫稳定性越好。

1.3结果与讨论

1.3.1表面张力及临界胶束浓度

图1曲线显示，以聚醚结构为六氟丙烯环氧化合物—(HFPO)n为全氟碳链的非离子型氟碳表面活性剂Intechem-1可使水的表面张力最低降至16.8mN/m，而使用浓度仅为0.15%(质量分数)，可见在全氟碳链中引入氧原子不具有亲水性，这可能是由于临近全氟烷基极强的吸电子效应，使得氧原子中未共用的电子对的电子密度显著下降;而且全氟碳链中憎水性最强的三氟甲基在水溶液表面上垂直排列成直线，这种构像使得氟碳表面活性剂具有良好的柔顺性能。通过图1可以求得Intechem-1氟碳表面活性剂溶液的临界胶束浓度CMC值为5×10^-4～1×10^-3(质量分数)，而典型的氟碳表面活性剂全氟辛基磺酰基季铵碘化物(FC203)的CMC值为2.40×10^-3mol/L(约为1174×10^-3/%)，全氟辛酸钠(SPFO)的CMC值为3×10^-2mol/L(约为1.26×10^-2/%)，数据显示Intechem-1具有较低的临界胶束浓度值，与其它类型氟碳表面活性剂相比，表现出更加优异的表面活性。

1.3.2发泡性能及泡沫稳定性

由图2可以看出，氟碳表面活性剂溶液在015%的浓度下即可产生较大的泡沫高度，而且泡沫高度随着Intechem-1浓度的不断增大而增大，说明Intechem-1具有良好的发泡性能;其泡沫破裂速度随着泡沫高度的不断增大急剧变化，这主要是由于相同体积的表面活性剂溶液，随着产生泡沫体积的增大，表面液膜逐渐变薄，临近泡沫之间的液膜破裂引起泡沫合并，以及奥斯特瓦尔德熟化(OstwaldRipening)，即由于泡沫内部气体扩散引起的不均衡和粗化现象，并在重力的作用下，排液速度越来越快，从而导致泡沫破裂速度迅速增大。对比3条曲线发现，当Intechem-1浓度为2.5%时，表面活性剂溶液具有最佳的发泡性能，泡沫破裂速度增大趋势也相对缓慢，因此，可认为Intechem-1浓度为2.5%时，表面活性剂溶液同时具有较好的发泡性能和泡沫稳定性。

二、Intechem-1氟碳表面活性剂在轻水泡沫灭火剂中的应用

轻水泡沫灭火剂(又称为水成膜泡沫灭火剂，AFFF)以氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂为主要成分，在表面张力较低的有机液体表面铺展形成一层水膜，有效地抑制燃油蒸发，并冷却和保护上面覆盖的泡沫层，从而依靠水膜和上层泡沫的双重作用达到最佳的灭火效果。

AFFF水膜的性能对AFFF的灭火能力至关重要，AFFF水膜在燃料表面铺展，可以用Harkins铺展系数衡量:Sw/o=γo-γw-γw/o，γo和γw两种液体的表面张力γ，w/o为两种液体之间的界面张力，当Sw/o为正值时，就会发生自发的铺展。对于纯液体，铺展的表面速率和铺展系数成比例，然而，当铺展液体为表面活性剂溶液时，铺展速率是关于动态表面张力和界面张力以及表面活性剂浓度的函数。

AFFF自发的铺展性能主要依靠氟碳表面活性剂在溶液/空气界面高的表面活性(低的表面张力15～20mN/m)，同时，由于碳氢表面活性剂和氟碳表面活性剂的互憎作用，碳氢表面活性剂优先吸附在溶液/燃油界面，从而在溶液/燃油之间产生了低的界面张力(1～5mN/m)，使AFFF可以在很多碳氢化合物和燃油(表面张力为20～30mN/m)表面铺展。因此，选择合适的氟碳表面活性剂/碳氢表面活性剂复配体系，产生良好的铺展效果，是轻水泡沫灭火剂的关键所在。自AFFF诞生以来。人们研究了不同类型的氟碳表面活性剂/碳氢表面活性剂复配体系的溶液性能，并对其在轻水泡沫灭火剂领域的应用进行了深入广泛的研究。

轻水泡沫灭火剂的发泡性能及泡沫稳定性是衡量AFFF性能的主要指标之一。而泡沫的排液速率则是评价水系泡沫灭火剂的泡沫性质、泡沫含水及其稳定性的重要物理参数，近10年来，人们设计出不同的实验方案与设备模型，模拟泡沫的排液过程，研究其排液机理并提出改善泡沫性能的方法。

Intechem-1氟碳表面活性剂极高的表面活性(铺展系数为3.1mN/m)，以及溶液良好的发泡性能及泡沫稳定性，可以作为轻水泡沫灭火剂的理想主剂，在消防领域具有广阔的应用前景。

2.1轻水泡沫灭火剂配制及物理性能

关于轻水泡沫灭火剂配方已有很多专利及文献报道，本文以Intechem-I为主剂，复配一种或一种以上的碳氢表面活性剂。并添加泡沫稳定剂如二乙二醇单丁醚、抗冻剂如乙二醇、缓冲溶液、金属缓蚀剂、抗冻剂、抑菌剂、螯合剂等，配置3%型轻水泡沫灭火剂。其主要性能指标如表1所示:

表1数据显示，以Intehem-1为主剂的轻水泡沫灭火剂，主要物理化学性能指标均已达到国家标准。

2.2灭火试验

将燃烧盘(内径2400mm±25mm，深度200mm±15mm，壁厚215mm)放在地上，调平;调整好标准泡沫枪的位置。标准泡沫枪应水平安放，使泡沫中心射流直接落在距远侧盘壁1m±011m处的燃料表面。

在燃烧盘中加入100L±2L燃料，点燃燃烧盘中的燃料，火焰布满燃烧盘时开始计时，预燃时间为60s±2s。施加泡沫180s±2s，记录灭火时间;停止施加泡沫300s±2s后将装有2L±011L燃料的抗烧罐(内径300mm±5mm，深度250mm±5mm，壁厚215mm)置于燃烧盘中央并点燃，1/4燃烧盘面积着火即为25%抗烧时间。实验结果如表2所示:

显然结果均已达到GB17835-2008《水成膜泡沫灭火剂》要求。

三、结论

(1)Intechem-1氟碳表面活性剂具有较低的表面张力和临界胶束浓度，最低表面张力可达到1618mN/m，临界胶束浓度为5×10-4～1×10-3(质量分数)，同时具有良好的发泡性能及泡沫稳定性。

(2)以Intechem-1为主剂的AFFF浓缩液(3%型)，各项性能指标均已达到GB17835-2008《水成膜泡沫灭火剂》要求，在实验中表现出卓越的灭火效果及抗复燃性能。

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