表面活性剂复配对泡沫灭火剂灭火性能的影响

张连超，曹 青，吴 楠

(滨州学院 化工与安全学院，山东 滨州 256600)

传统水成膜泡沫灭火剂主要以氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂为基料，在灭火时会在燃料表面形成一层水膜，靠水膜和泡沫的共同作用来进行灭火，因此水成膜泡沫灭火剂灭火快、抗烧性强[1]。但氟碳表面活性剂化学性质稳定，在环境中很难降解，会造成环境的污染。近年来环境友好型灭火剂成为研究的热点[2-4]。本文拟用有机硅类表面活性剂与碳氢类表面活性剂进行复配，测定每种配比下泡沫灭火剂的灭火性能，从而得出泡沫灭火剂的最优配比。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

1.1.1 表面活性剂的选择

通过查阅文献，筛选出不同类型的表面活性剂。两性有机硅表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱具有优良的润湿性、增溶性、抗静电性、热稳定性等，以及良好的配伍性和抗静电等优点[5]。阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠具有优异的发泡力、表面张力低，其生物降解度>90%。阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵与阴离子、非离子、两性表面活性剂有良好的配位性，化学稳定性好耐热、耐光、耐强酸强碱[6-8]。两性表面活性剂月桂酰胺丙基甜菜碱具有优良的发泡性和显著的增稠性，具有良好的抗硬水性、抗静电性及生物降解性[5,9]。

1.1.2 实验试剂

十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)，上海展云化工有限公司；十二烷基硫酸钠(K-12)，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，上海麦克林化工有限公司；月桂酰胺丙基甜菜碱(LAB-35)，青岛优索化学科技有限公司；环己烷，黄原胶，煤油。

1.1.3 实验仪器

2152型罗氏泡沫仪、VZL2000全自动表面张力仪、Anton Paar流变仪、搅拌器、恒温水浴锅。

1.2 实验方法

1.2.1 灭火剂的配制

1.2.1.1 表面活性剂复配体系的确定

将3.0%的BS-12分别与1%、2%、3%、4%、5%的K-12、CTAB、LAB-35三种表面活性剂配制成混合溶液，表面活性剂复配体系如表1所示。

1.2.1.2 灭火剂的配制

本次实验选择黄原胶作为稳泡剂、抗烧剂，其价格较低、稳泡效果好、抗烧性能好、应用广泛；选择乙二醇作为抗冻剂、助溶剂，乙二醇作为最主要的抗冻剂具有化学性能好、廉价、粘度小等特点，可以有效的降低灭火剂的凝固点。乙二醇易溶于水，又可以与其他有机物互溶，提高了表面活性剂的溶解度[4,10]。往(1)中配制好的混合溶液中加入一定量黄原胶、乙二醇，充分搅拌后将溶液放入容量瓶中。

1.2.2 性能测试

采用2152型罗氏泡沫仪测试样品的泡沫性能；利用VZL2000全自动表面张力仪测试样品的表面性能[11]；采用肖进新等[12-13]铺展性测试方法测试样品的铺展性能；根据GB 17427-1998水成膜泡沫灭火剂[14]，用自制灭火设备测试样品的灭火性能。

2 实验结果

2.1 发泡倍数

表面活性剂的发泡倍数是衡量泡沫灭火剂灭火性能的一项重要指标[10]。

图1 单品表面活性剂发泡倍数

图2 表面活性剂复配体系发泡倍数

从图1可以看出单品泡沫灭火剂发泡倍数均在9.5～11.5之间。从图2可以看出BS-12与LAB-35复配体系发泡倍数比与另外两种表面活性剂复配时发泡倍数更高，最高达到24倍，BS-12与K-12复配体系发泡倍数相对较低。三种复配体系的发泡倍数随着浓度的增加呈现增加后下降的趋势。从以上数据可以看出三种表面活性剂均可提高单品十二烷基二甲基甜菜碱的发泡倍数。

2.2 表面张力

图3 单品表面活性剂表面张力

图4 表面活性剂复配体系表面张力

从图3中可以看出单品表面活性剂中BS-12最低，为20.4 mN/m。三种复配体系具有相似的特性，随着表面活性剂浓度的增加表面张力也逐渐增加。BS-12与K-12复配表面张力相对于其他两种复配体系较低，BS-12/LAB-35复配体系表面张力最高。与单品表面活性剂相比BS-12/K-12复配体系可以显著降低灭火剂的表面张力，3%BS-12与1%K-12复配时表面张力最低，为18 mN/m。

2.3 25%析液时间

25%析液时间越长泡沫稳定性越好，灭火效率越好。测量四种单品表面活性剂和三种表面活性剂复配体系的25%析液时间，测量结果(图5、6)表明四种单品表面活性剂25%析液时间相对于复配体系较低，BS-12/K-12复配体系25%析液时间相对较高，BS-12/LAB-35复配体系25%析液时间最短。

图5 单品表面活性剂25%析液时间

图6 表面活性剂复配体系25%析液时间

2.4 铺展性能

从表1可以看出单品K-12黏度最小，铺展速度最快；LAB-35黏度最大，铺展速度最慢，大致呈现随着黏度增加铺展速度逐渐降低的趋势。复配体系中随着表面活性剂浓度的增加黏度逐渐增加铺展速度逐渐变慢，与单品表面活性剂相比三种复配体系对灭火剂的铺展速度都具有促进作用。BS-12/CTAB复配体系铺展性能最好，随着十六烷基三甲基溴化铵含量的增加铺展速度逐渐增加。3%BS-12/5%CTAB复配体系铺展速度最快，最快为21.6 cm2/s。

表1 表面活性剂铺展性能参数表

2.5 灭火性能

对三种复配泡沫液进行灭火性能测试，结果(图7、8)表明这三种复配泡沫液均能实现快速灭火，而不同配方的混合液灭火性能有所不同，3%十二烷基二甲基甜菜碱与3%十二烷基硫酸钠复配泡沫液铺展迅速，灭火时间最短，为4.2 s。

图7 单品表面活性剂灭火时间

图8 复配体系灭火时间

3 结论

实验结果表明，月桂酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基硫酸钠对十二烷基二甲基甜菜碱的发泡性能和稳泡性能均具有良好的促进作用，3%十二烷基二甲基甜菜碱与3%月桂酰胺丙基甜菜碱复配发泡性能较好，发泡倍数为24；十二烷基二甲基甜菜碱与十二烷基硫酸钠复配后的溶液具有较长的25%析液时间和良好的铺展性能；3%十二烷基二甲基甜菜碱与1%十二烷基硫酸钠复配体系表面张力相对较低，表面张力为18 mN/m；3%十二烷基二甲基甜菜碱与3%十二烷基硫酸钠复配灭火时间最短，为4.2 s。十二烷基二甲基甜菜碱与阴离子表面活性剂复配具有良好的性能，表面张力低、25%析液时间长、铺展迅速、灭火时间短等，值的进一步探究。