表面活性劑復配對泡沫滅火劑滅火性能的影響

張連超，曹 青，吳 楠

(濱州學院 化工與安全學院，山東 濱州 256600)

傳統(tǒng)水成膜泡沫滅火劑主要以氟碳表面活性劑和碳氫表面活性劑為基料，在滅火時會在燃料表面形成一層水膜，靠水膜和泡沫的共同作用來進行滅火，因此水成膜泡沫滅火劑滅火快、抗燒性強[1]。但氟碳表面活性劑化學性質穩(wěn)定，在環(huán)境中很難降解，會造成環(huán)境的污染。近年來環(huán)境友好型滅火劑成為研究的熱點[2-4]。本文擬用有機硅類表面活性劑與碳氫類表面活性劑進行復配，測定每種配比下泡沫滅火劑的滅火性能，從而得出泡沫滅火劑的最優(yōu)配比。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑及儀器

1.1.1 表面活性劑的選擇

通過查閱文獻，篩選出不同類型的表面活性劑。兩性有機硅表面活性劑十二烷基二甲基甜菜堿具有優(yōu)良的潤濕性、增溶性、抗靜電性、熱穩(wěn)定性等，以及良好的配伍性和抗靜電等優(yōu)點[5]。陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉具有優(yōu)異的發(fā)泡力、表面張力低，其生物降解度>90%。陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨與陰離子、非離子、兩性表面活性劑有良好的配位性，化學穩(wěn)定性好耐熱、耐光、耐強酸強堿[6-8]。兩性表面活性劑月桂酰胺丙基甜菜堿具有優(yōu)良的發(fā)泡性和顯著的增稠性，具有良好的抗硬水性、抗靜電性及生物降解性[5,9]。

1.1.2 實驗試劑

十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)，上海展云化工有限公司；十二烷基硫酸鈉(K-12)，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，上海麥克林化工有限公司；月桂酰胺丙基甜菜堿(LAB-35)，青島優(yōu)索化學科技有限公司；環(huán)己烷，黃原膠，煤油。

1.1.3 實驗儀器

2152型羅氏泡沫儀、VZL2000全自動表面張力儀、Anton Paar流變儀、攪拌器、恒溫水浴鍋。

1.2 實驗方法

1.2.1 滅火劑的配制

1.2.1.1 表面活性劑復配體系的確定

將3.0%的BS-12分別與1%、2%、3%、4%、5%的K-12、CTAB、LAB-35三種表面活性劑配制成混合溶液，表面活性劑復配體系如表1所示。

1.2.1.2 滅火劑的配制

本次實驗選擇黃原膠作為穩(wěn)泡劑、抗燒劑，其價格較低、穩(wěn)泡效果好、抗燒性能好、應用廣泛；選擇乙二醇作為抗凍劑、助溶劑，乙二醇作為最主要的抗凍劑具有化學性能好、廉價、粘度小等特點，可以有效的降低滅火劑的凝固點。乙二醇易溶于水，又可以與其他有機物互溶，提高了表面活性劑的溶解度[4,10]。往(1)中配制好的混合溶液中加入一定量黃原膠、乙二醇，充分攪拌后將溶液放入容量瓶中。

1.2.2 性能測試

采用2152型羅氏泡沫儀測試樣品的泡沫性能；利用VZL2000全自動表面張力儀測試樣品的表面性能[11]；采用肖進新等[12-13]鋪展性測試方法測試樣品的鋪展性能；根據GB 17427-1998水成膜泡沫滅火劑[14]，用自制滅火設備測試樣品的滅火性能。

2 實驗結果

2.1 發(fā)泡倍數

表面活性劑的發(fā)泡倍數是衡量泡沫滅火劑滅火性能的一項重要指標[10]。

圖1 單品表面活性劑發(fā)泡倍數

圖2 表面活性劑復配體系發(fā)泡倍數

從圖1可以看出單品泡沫滅火劑發(fā)泡倍數均在9.5～11.5之間。從圖2可以看出BS-12與LAB-35復配體系發(fā)泡倍數比與另外兩種表面活性劑復配時發(fā)泡倍數更高，最高達到24倍，BS-12與K-12復配體系發(fā)泡倍數相對較低。三種復配體系的發(fā)泡倍數隨著濃度的增加呈現增加后下降的趨勢。從以上數據可以看出三種表面活性劑均可提高單品十二烷基二甲基甜菜堿的發(fā)泡倍數。

2.2 表面張力

圖3 單品表面活性劑表面張力

圖4 表面活性劑復配體系表面張力

從圖3中可以看出單品表面活性劑中BS-12最低，為20.4 mN/m。三種復配體系具有相似的特性，隨著表面活性劑濃度的增加表面張力也逐漸增加。BS-12與K-12復配表面張力相對于其他兩種復配體系較低，BS-12/LAB-35復配體系表面張力最高。與單品表面活性劑相比BS-12/K-12復配體系可以顯著降低滅火劑的表面張力，3%BS-12與1%K-12復配時表面張力最低，為18 mN/m。

2.3 25%析液時間

25%析液時間越長泡沫穩(wěn)定性越好，滅火效率越好。測量四種單品表面活性劑和三種表面活性劑復配體系的25%析液時間，測量結果(圖5、6)表明四種單品表面活性劑25%析液時間相對于復配體系較低，BS-12/K-12復配體系25%析液時間相對較高，BS-12/LAB-35復配體系25%析液時間最短。

圖5 單品表面活性劑25%析液時間

圖6 表面活性劑復配體系25%析液時間

2.4 鋪展性能

從表1可以看出單品K-12黏度最小，鋪展速度最快；LAB-35黏度最大，鋪展速度最慢，大致呈現隨著黏度增加鋪展速度逐漸降低的趨勢。復配體系中隨著表面活性劑濃度的增加黏度逐漸增加鋪展速度逐漸變慢，與單品表面活性劑相比三種復配體系對滅火劑的鋪展速度都具有促進作用。BS-12/CTAB復配體系鋪展性能最好，隨著十六烷基三甲基溴化銨含量的增加鋪展速度逐漸增加。3%BS-12/5%CTAB復配體系鋪展速度最快，最快為21.6 cm2/s。

表1 表面活性劑鋪展性能參數表

2.5 滅火性能

對三種復配泡沫液進行滅火性能測試，結果(圖7、8)表明這三種復配泡沫液均能實現快速滅火，而不同配方的混合液滅火性能有所不同，3%十二烷基二甲基甜菜堿與3%十二烷基硫酸鈉復配泡沫液鋪展迅速，滅火時間最短，為4.2 s。

圖7 單品表面活性劑滅火時間

圖8 復配體系滅火時間

3 結論

實驗結果表明，月桂酰胺丙基甜菜堿、十六烷基三甲基溴化銨和十二烷基硫酸鈉對十二烷基二甲基甜菜堿的發(fā)泡性能和穩(wěn)泡性能均具有良好的促進作用，3%十二烷基二甲基甜菜堿與3%月桂酰胺丙基甜菜堿復配發(fā)泡性能較好，發(fā)泡倍數為24；十二烷基二甲基甜菜堿與十二烷基硫酸鈉復配后的溶液具有較長的25%析液時間和良好的鋪展性能；3%十二烷基二甲基甜菜堿與1%十二烷基硫酸鈉復配體系表面張力相對較低，表面張力為18 mN/m；3%十二烷基二甲基甜菜堿與3%十二烷基硫酸鈉復配滅火時間最短，為4.2 s。十二烷基二甲基甜菜堿與陰離子表面活性劑復配具有良好的性能，表面張力低、25%析液時間長、鋪展迅速、滅火時間短等，值的進一步探究。