关键词:烷基糖苷;氟碳表面活性剂;水成膜泡沫灭火剂;复配;灭火试验

水成膜泡沫灭火剂(AFFF)是由氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂和改进泡沫性能的添加剂(如泡沫稳定剂、抗冻剂、助溶剂以及增稠剂等)及水组成的一类消防液，由于其具有灭火速度快、封闭性和抗复燃能力强等优点，成为泡沫灭火剂中性能最好的产品，被广泛应用于各类油库、炼油厂、加油站和油轮等产油、储油、运油类场所，在国民经济和生产实践中发挥着重要作用。AFFF中的关键组分为C8氟碳表面活性剂(如AF4018)，这类物质具有高表面活性、高热稳定性及高化学稳定性，由于含氟的烃基既憎水又憎油，且复配性能优良，因而成为AFFF中必不可少的成分。

但是，这类物质的最终代谢转化产物为全氟辛基磺酸盐(PFOS)或全氟辛酸盐(PFOA)，PFOS和PFOA在环境和生物体内极难降解，其超强的稳定性和累积性对人类和生态环境构成巨大威胁，被列入“斯德哥尔摩公约”禁用或受限制的持久性有机污染物(POPs)名单中，其危害作用正受到越来越多的关注。在此形势下，世界各国都在积极开展新型绿色水成膜泡沫灭火剂的研究，努力寻找C8氟碳表面活性剂的替代品，在保证环境安全的前提下，尽可能提高泡沫灭火剂类产品的性能。鉴于此，作者以现有AFFF配方为基础，通过以碳氢表面活性剂烷基糖苷(APG1214和APG0810)以及C6氟碳表面活性剂F1157代替原配方中的C8氟碳表面活性剂AF4018，研究了不同配方泡沫液的灭火性能、铺展性能、泡沫性能和密封性能等指标，以期为开发高效绿色的AFFF奠定理论基础。

一、实验部分

1.1主要仪器与试剂

钢质燃烧盘(内径565mm)、钢质挡板(长和高均为1000mm)、钢质抗烧罐(内径120mm，深度80mm)和标准泡沫枪，均由萃联(中国)消防设备制造有限公司提供。十二烷基二甲基甜菜碱(BS－12)、二丁醚、聚乙二醇400(PEG400)、三氮唑(1，2，4－1H－Triazole)和甲醛，均为国产分析纯，均由萃联(中国)消防设备制造有限公司提供;烷基糖苷APG1214(烷基C原子数为12～14的APG)和APG0810(烷基C原子数为8～10的APG)，纯度大于99.7%，中国日用化学工业研究院;C6氟碳表面活性剂F1157，主要成分为多氟烷基甜菜碱(PFAB)，主要由直链上被氟化的C原子数为6的氟碳表面活性剂构成，美国杜邦公司;C8氟碳表面活性剂AF4018，一种直链上被氟化的C原子数为8的非离子型氟碳表面活性剂，密度1.012g·cm－3，活性物含量≥27%，购自上海亚孚化工有限公司;橡胶工业用溶剂油、环己烷(纯度99%)，均购自上海菲达工贸公司。

1.2灭火试验方法

参照国家标准GB15308—2006《泡沫灭火剂》的小尺寸油盘灭火试验，采用强施放灭火方式(即将泡沫直接施放到液体燃料表面上的供泡方式)进行试验，记录90%控火时间t90%(从开始施用泡沫灭火剂到油盘火焰被扑灭90%所用的时间)、灭火时间t1(从开始施用泡沫灭火剂到油盘火焰全部熄灭的时间)、25%抗烧时间t2(从引燃油盘中点火罐开始至油盘中的泡沫25%被破坏并达到火焰自由燃烧状态所用的时间)。

1.3泡沫性能、密封性能和铺展性能的测定操作步骤见文献

其中泡沫性能测定包括发泡倍数、25%析液时间和泡沫稳定性;铺展性能测定包括铺展时间和铺展量;泡沫对油面密封性能的测定是将泡沫覆盖在30mL橡胶工业用溶剂油表面上，在离泡沫1cm高度处过明火，观察和记录油被点燃的时间。

二、结果与讨论

2.1不同配方泡沫液的制备

现有AFFF配方组分有:AF4018，BS－12，发泡剂，二丁醚，PEG400，甲醛，三氮唑和蒸馏水等。以现有AFFF为基础，采用APG0810，APG1214，F1157完全或部分替代AFFF中的AF4018，其他组分不变，制成不同类型的泡沫浓缩液(表1)，再按体积比6∶94加水制成6%型水成膜泡沫液。

2.2各配方的灭火性能

表1中实验配方形成的产品均为非抗醇型(非AR)低倍水成膜泡沫液，按照文献的要求，应达到的最低灭火性能级别为Ⅰ级，抗烧水平为D。每个试验平行做2次，取平均值，室内温度te=(20±2)℃，外界风可忽略。10组配方的强施放灭火试验结果见表2。由表2可知，配方1号(对照组)表现出灭火的高效性(灭火时间仅80s，远小于规定的小于3min的标准)和较高的抗烧水平(25%抗烧时间为181s);配方2和3号由于不含氟碳表面活性剂，因而灭火时间长、抗烧时间短，其灭火效率远低于配方1号，达不到灭火要求;由配方4和5号制成的泡沫液虽含有0.4%的AF4018，但灭火效果尚不及配方2和3号，原因可能是APG与AF4018复配体系不理想，相互产生干扰;配方6，7和8号为使用F1157替代AF4018制成的泡沫液，随着F1157质量分数增加，其灭火效果也在提高，含1.6%F1157的配方7号的灭火时间已接近1号，含3.2%F1157的配方8号的灭火时间小于1号，即在很短时间内就能达到灭火效果，但是抗烧时间仍比对照短;使用APG与F1157复配后的配方9和10号，不仅可以提高泡沫液的灭火性能与抗烧时间，优于配方2—7号，而且可以减少C8和C6氟碳表面活性剂的用量，APG0810与F1157复配泡沫液的灭火效果优于APG1214与F1157复配泡沫液，表明短链烷基糖苷与F1157似乎有更好的复配性能。 

2.3各配方泡沫液泡沫性能、密封性能和铺展性能

室温(20±2)℃下，泡沫液发泡倍数、25%析液时间、泡沫稳定性(以1h泡沫残存率表示)、泡沫对油面的密封时间、铺展时间和铺展量的测定结果见表3。

 从表3中数据可知，各配方发泡倍数介于6～14，属于低倍数泡沫液，25%析液时间均大于2min。相对于其他几个配方，2和3号配方有较高的发泡倍数，说明APG有良好的发泡性能，但析液时间较短。配方4，5和6号的析液时间虽高于2和3号，但均低于200s，说明泡沫稳定性同样较差。配方1，6，7，8，9和10号的1h泡沫残存率均大于27%，说明泡沫稳定性较好，且稳定性随氟碳表面活性剂浓度增加而增强。配方6，7和8号泡沫液的发泡倍数为6.7～7.4，变化不大，表明F1157的用量并不会直接影响泡沫液的发泡性能。配方9号和10号既有较好的发泡倍数(优于对照)，又有较长的析液时间，泡沫的稳定性也比较好。

泡沫对油面的密封性能也是衡量灭火剂灭火效果的重要指标，密封性好可以防止复燃。在表3中，按密封时间从大到小的次序排列:配方1号＞9号＞10号＞8号＞7号＞6号＞4号＞5号＞2号＞3号，说明含AF4018的泡沫液密封性能最好，含F1157的泡沫液密封性能次之，仅含APG类碳氢表面活性剂而不含或少含氟碳表面活性剂的泡沫液密封性能较差，该结果与抗烧实验结果(表2)基本一致，说明泡沫的抗烧时间与其密封性能有关。

从表3中还可以看出，配方2，3，4和5号的铺展时间均大于0.6s，不符合迅速铺展的标准，配方6，7和8号的铺展时间符合或基本符合国标要求，均可以迅速铺展，铺展量随着F1157质量分数的增加而增加，但质量分数太大时铺展量反而有所减少(如配方8号)。铺展时间和铺展量配方9号略优于对照，10号与对照相当，说明APG与F1157复配后可以提高泡沫液的铺展性能，有利于迅速灭火。

综合泡沫性能、密封性能和铺展性能结果可知配方9和10号与对照接近，有些指标甚至优于对照，表明用APG1214或APG0810与F1157复配后可以替代原配方中的AF4018。AFFF的高效灭火原理是基于很低浓度的氟碳表面活性剂能把水的表面张力降到很低，以至于水溶液可在油面上迅速铺展成膜封闭油面，达到灭火目的。F1157是一类可以应用到成膜型泡沫灭火剂中的6∶2型调聚氟化物，其氟碳链憎水基中被氟化的C原子数只有6个，对环境的危害较小，不属于“斯德哥尔摩公约”中禁止或受限制的有机污染物，这类含氟化合物同样可以有效地降低水溶液的表面张力。

试验中使用APG0810(或APG1214)与F1157进行复配，不仅可以降低F1157的用量，而且可以明显提高泡沫液的灭火性能与抗烧时间，可能原因如下:非离子表面活性剂APG0810和APG1214在水溶液中不电离，所以稳定性高，不易受强电解质无机盐类存在的影响;与其他类型表面活性剂的配伍性好，能很好地复配使用;在水及有机溶剂中都有较好的溶解性能;由于在溶液中不电离，故在一般的固体表面上不易发生强烈吸附。另外，由于非离子表面活性剂含有强亲水的基团(这个亲和力产生于来自氢键的偶极之间的相互作用)，因而可以同时改变亲水基和疏水基的长度来获得良好的应用效率。

APG0810或APG1214与AF4018复配后反而降低了AF4018的使用效果，可能是由于其分子构象与AF4018存在干扰或拮抗作用，具体原因有待于深入研究。

三、结论

1)APG0810或APG1214与一定质量分数的F1157复配后得到的AFFF可满足灭火要求，其效果与对照(1号)相当或基本相当，符合GB15308—2006要求，尤以APG0810为首选。

2)将APG应用于AFFF可以减少由C8氟碳表面活性剂带来的环境污染，对于我国消防行业履行“斯德哥尔摩公约”具有重要的促进作用。

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本文主要内容来自于：朱江1，2，李屹3，姚晨婷4，田水承1

(1．西安科技大学能源学院，陕西西安710054;2．山西省临汾市公安消防支队，山西临汾041000;3．中华人民共和国环境保护部水专项管理办公室，北京100029;4．山西大学环境科学与工程研究中心，山西太原030006)

中图分类号:TQ423文献标识码:A文章编号:1001－1803(2012)05－0336－04

版权归属于原作者。

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