引言

水成膜泡沫滅火劑（AqueousFilm-formingFoam，AFFF）是指在滅火過程中，能快速在液體燃料表面擴(kuò)散并形成致密的泡沫層和水膜層的一類泡沫滅火劑，核心組分為碳?xì)浔砻婊钚詣┖头急砻婊钚詣?］。但傳統(tǒng)氟碳表面活性劑是電解法或由四氟乙烯調(diào)聚反應(yīng)產(chǎn)生的包含支鏈型或直鏈型全氟辛基羧酸鹽類C7F15COO-和全氟辛基磺酸鹽類C8F17SO3-的表面活性劑，在環(huán)境中極為穩(wěn)定并具有生物持久性，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是不可水解和不可生物降解的，在食物鏈中也具有積極的生物蓄積和遷移作用［2］。基于上述原因，氟碳表面活性劑和衍生全氟辛烷磺酸的長(zhǎng)期積累導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此，開發(fā)新型泡沫配方以降低滅火泡沫中氟碳表面活性劑的含量，成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究方向之一。目前短鏈氟碳-碳?xì)鋸?fù)配體系已得到國(guó)外生產(chǎn)商的推廣，其滅火性能可與當(dāng)前的氟化AFFF相媲美，尤其是對(duì)于低閃點(diǎn)燃料，如正庚烷和汽油［3］，但短鏈氟碳表面活性劑在生態(tài)環(huán)境中依然無法降解，目前其對(duì)環(huán)境的危害尚未被有效證實(shí)，因此開發(fā)環(huán)保、無氟的滅火泡沫具有重要意義。

無患子皂苷是一種非離子型純天然表面活性劑，具有表面張力低、發(fā)泡能力強(qiáng)、穩(wěn)泡性好等特點(diǎn)，具有作為泡沫滅火劑的發(fā)泡組分的潛能。椰油酰胺丙基甜菜堿（Cocoamidopropyl Betaine，CAB）作為兩性離子表面活性劑，它能與陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉（Sodium Dodecyl Sulfate，SDS）和非離子表面活性劑無患子皂苷進(jìn)行有效的配伍，提高復(fù)配體系的整體性能。然而CAB和SDS作為碳?xì)浔砻婊钚詣┓€(wěn)定的泡沫本質(zhì)上是極不穩(wěn)定的［4］。黃原膠（Xanthan Gum，XG）是一種水溶性聚合物，它在溶液中的分子間相互作用或纏結(jié)增加了有效大分子尺寸和分子量，導(dǎo)致高粘度，可以有效改善泡沫穩(wěn)定性［5］。因此使用XG提高CAB/SDS/無患子皂苷復(fù)配體系的泡沫穩(wěn)定性，并研究XG作為穩(wěn)泡劑在無氟泡沫滅火劑中的應(yīng)用和了解XG作為穩(wěn)泡劑的穩(wěn)定機(jī)理具有重要意義。

綜上所述，本文利用生物可降解型天然表面活性劑無患子皂苷、碳?xì)浔砻婊钚詣〤AB、SDS作為復(fù)配體系的發(fā)泡劑，采用多種方法系統(tǒng)研究XG對(duì)泡沫溶液泡沫性能的影響并開發(fā)具有滅火效果的無氟泡沫滅火劑配方。

1實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1材料

實(shí)驗(yàn)使用的表面活性劑包括：陰離子表面活性劑SDS（純度97%）；兩性離子表面活性劑CAB（純度37%）；天然表面活性劑無患子皂苷為無患子粉提取物。助溶劑二乙二醇單丁醚（純度98%）；尿素（純度99%）。穩(wěn)泡劑黃原膠為USP級(jí)。市售3%AFFF由江蘇鎖龍消防科技股份有限公司提供（由短鏈氟碳表面活性劑制備）。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1無患子皂苷提取

根據(jù)張斌等［6］的方法從無患子粉中提取無患子皂苷，采用超聲輔助提取：超聲功率為100 W、溫度為40℃、料液比為1∶25、時(shí)間為40 min。

1.2.2泡沫溶液制備

按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：將SDS加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%去離子水中充分?jǐn)嚢瑁尤霟o患子皂苷和CAB，組成組分A攪拌均勻。將3%尿素、黃原膠混合均勻，組成組分B。將B緩慢加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%二乙二醇單丁醚中，拌均勻后，將A緩慢加入其中，快速攪拌。最后補(bǔ)加剩余的去離子水得到泡沫液。泡沫液與水按6∶94體積比混合，得到泡沫溶液。

1.2.3測(cè)試方法

發(fā)泡性能測(cè)試：本研究使用改進(jìn)的Ross-Miles發(fā)泡性測(cè)試方法表征泡沫溶液的發(fā)泡能力。從圓柱形容器中泡沫溶液的上表面到球形漏斗的釋放口的距離為1 m。水循環(huán)系統(tǒng)保持40℃溫度恒定。將球形漏斗中的200 mL泡沫溶液釋放到內(nèi)部裝有50 mL泡沫溶液的圓柱形容器中。當(dāng)球形漏斗中的分散液撞擊圓柱形玻璃容器中分散液的上表面時(shí)，產(chǎn)生泡沫。泡沫高度逐漸增加，直到所有200 mL分散液完全釋放。測(cè)量初始泡沫高度h0以表征發(fā)泡能力。

泡沫穩(wěn)定性能測(cè)試：使用雙注射器技術(shù)，包括2個(gè)由直徑為5 mm的短管連接的注射器，注射器容積為60 mL。一個(gè)注射器含有40 mL氣體，另一個(gè)注射器含有20 mL泡沫溶液。通過將泡沫溶液和氣體反復(fù)推過連接管，形成泡沫。泡沫溶液通過管30次后形成均質(zhì)泡沫。發(fā)泡后將2個(gè)注射器分開，然后將含有泡沫的注射器倒置在桌子上。記錄泡沫排出過程，通過析出的液體體積以表征泡沫穩(wěn)定性能。使用Phenix生物顯微鏡記錄泡沫粗化過程，評(píng)估泡沫粗化。

利用芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀，采用鉑金板法測(cè)定待測(cè)液的表面張力，DV-1粘度計(jì)測(cè)定待測(cè)液的粘度。

式中，S為擴(kuò)散系數(shù)，mN/m；c為環(huán)己烷的表面張力，mN/m；f為泡沫溶液的表面張力，mN/m；i為泡沫溶液與環(huán)己烷之間的界面張力，mN/m。當(dāng)S大于0時(shí)，泡沫能在燃料表面擴(kuò)散；當(dāng)S小于或等于0時(shí)，泡沫無法在燃料表面擴(kuò)散［7］。

滅火及抗燒性能測(cè)試：參照《泡沫滅火劑》（GB 15308—2006）附錄A中提供的小尺度裝置。