2.3溫度對發泡性能的影響

為了更好的控製火災，就需要滅火劑兼備覆蓋性和流動性，因此泡沫性能對水成膜泡沫滅火劑的效果有重要影響。泡沫的平均密度隨著泡沫膨脹的增大而減小，使泡沫形成的絕緣層有效地阻斷了燃油和氧氣，造成窒息效應。從泡沫中排出的溶液在火焰的高溫下蒸發，吸收熱量的同時也降低了火焰上方的氧氣濃度。此外，泡沫中析出的溶液能夠持續維持其覆蓋作用，並且使泡沫不易破裂。然而發泡倍數並不是越高越好，應當保持在一個合理的範圍，在能夠覆蓋火焰的同時保持良好的流動性。因此，研究單一組分的發泡倍數和25%析液時間對其應用於滅火劑複配體係中具有重要意義。

在0~40℃下研究了溫度對甜菜堿氟碳表麵活性劑的發泡倍數的影響，變化趨勢如圖5所示。由圖5可知，發泡倍數隨溫度增加出現了先增大後趨於穩定的趨勢，基本都在20℃時達到了最大發泡倍數，說明在20~40℃範圍內這些表麵活性劑的發泡性能對於溫度具有低敏感性。但是在低溫下，各表麵活性劑的發泡倍數出現了顯著減小的情況。C4-Ac的發泡倍數在常溫可接近6倍，但在溫度為0℃時低至3.9倍。這主要是由於低溫下溶液表麵張力較大，需要較大的能量來增加氣泡的表麵積，形成泡沫的能力相對較弱。對於25%析液時間，如圖6所示，則是隨著溫度的升高而略有減小。這主要是因為升高溫度會影響表麵活性劑分子在液體表麵的排列和聚集狀態，分子熱運動加劇導致分子間的作用力減弱，從而破壞原有的分子層結構。溫度升高還會加快液體的蒸發速度，降低溶液的表麵張力，進而影響泡沫的穩定性。此外，從圖中還可看出C4-Ac的25%析液時間高於其他兩種表麵活性劑，主要是由於其分子吸附麵積較小，導致液膜表麵分子排列更加緊密，從而降低泡沫液膜析液速率，增強了泡沫的穩定性。

圖5 C4-Ac、C4-sa和C4-pa發泡倍數隨溫度的變化

圖6 C4-Ac、C4-sa和C4-pa的25%析液時間隨溫度的變化

在相同溫度下對比，親水基團的不同對其發泡性能參數存在一定的影響，其中C4-sa的發泡能力較強，其發泡倍數達到了6.9，這與表麵張力的趨勢一致。此外，一般水成膜泡沫滅火劑的適用發泡倍數應大於6，然而從圖中可知，在0℃下三種表麵活性劑的發泡倍數均未滿足要求。這是由於本研究中的三種表麵活性劑均為短碳氟鏈，相對於長碳氟鏈的泡沫性能較差，與碳氫表麵活性劑相比，氟碳表麵活性劑的發泡性能也較差。目前就析液時間的評價標準而言，關於AFFF的國標中尚未明確要求，美國國家防火協會規定25%析液時間應大於2.25 min。因此，若要使用環保性較好的C4係列表麵活性劑，可以與其他表麵活性劑複配後使用。課題組前期對氟碳和碳氫表麵活性劑的複配進行了研究，得出添加等摩爾量的己烷磺酸鈉能夠產生較好的協同作用。因而研究了0℃下C4-sa與己烷磺酸鈉1∶1複配後的泡沫性能，發泡倍數達到6.3倍，25%析液時間為2.71 min，且能夠在95#汽油上鋪展。結果表明，複配後表麵活性劑溶液的發泡倍數和25%析液時間均超過了6倍和2.5 min，已滿足標準使用要求。

3結論

1）三種甜菜堿短鏈氟碳表麵活性劑的cmc隨溫度的升高而略有增大，在cmc時對應的最低表麵張力隨溫度的升高而減小。各表麵活性劑在不同溫度下均表現出較好的表麵活性（cmc<4.45 mmol/L，γcmc<22.19 mN/m）。其中C4-sa溶液的表麵活性相對更優，其cmc可低至2.21 mmol/L，γcmc最低為16.28 mN/m。通過對比飽和吸附量，各表麵活性劑溶液的飽和吸附量隨溫度的升高而減小。

2）在三種烴類燃油表麵，各甜菜堿氟碳表麵活性劑的S均為正值，說明均具備在燃油表麵的鋪展能力。隨溫度逐漸升高，鋪展係數有所增大，溫度高於20℃後鋪展係數的大小趨於平緩。此外，三種表麵活性劑中C4-sa的鋪展能力最優，且在燃油表麵的鋪展速率最快，與表麵張力大小趨勢一致。

3）各表麵活性劑的發泡倍數隨溫度的升高而增大，在低溫時發泡倍數較低，高於20℃後增加不明顯。25%析液時間隨溫度的升高而略有減小，由於分子間作用力減弱以及液體蒸發速度加快，溫度較高時泡沫的穩定性相對較弱。與己烷磺酸鈉之間的協同作用能夠提高發泡性能，在低溫下混合溶液的發泡倍數可至6.3倍。

4）總體而言，溫度對甜菜堿短鏈氟碳表麵活性劑的理化性能存在一定的影響，尤其是在低溫下對發泡性能的影響較為顯著，可能會影響低溫環境中水成膜泡沫滅火劑的使用，若實際應用需對泡沫液組分進行複配。三種氟碳表麵活性劑中接枝磺酸基團的理化性能相對較好，可以考慮進一步複配應用於水成膜泡沫滅火劑。