引言

水成膜泡沫灭火剂（AqueousFilm-formingFoam，AFFF）是指在灭火过程中，能快速在液体燃料表面扩散并形成致密的泡沫层和水膜层的一类泡沫灭火剂，核心组分为碳氢表面活性剂和氟碳表面活性剂［1］。但传统氟碳表面活性剂是电解法或由四氟乙烯调聚反应产生的包含支链型或直链型全氟辛基羧酸盐类C7F15COO-和全氟辛基磺酸盐类C8F17SO3-的表面活性剂，在环境中极为稳定并具有生物持久性，在较长时间内是不可水解和不可生物降解的，在食物链中也具有积极的生物蓄积和迁移作用［2］。基于上述原因，氟碳表面活性剂和衍生全氟辛烷磺酸的长期积累导致了严重的环境问题。因此，开发新型泡沫配方以降低灭火泡沫中氟碳表面活性剂的含量，成为国内外学者的研究方向之一。目前短链氟碳-碳氢复配体系已得到国外生产商的推广，其灭火性能可与当前的氟化AFFF相媲美，尤其是对于低闪点燃料，如正庚烷和汽油［3］，但短链氟碳表面活性剂在生态环境中依然无法降解，目前其对环境的危害尚未被有效证实，因此开发环保、无氟的灭火泡沫具有重要意义。

无患子皂苷是一种非离子型纯天然表面活性剂，具有表面张力低、发泡能力强、稳泡性好等特点，具有作为泡沫灭火剂的发泡组分的潜能。椰油酰胺丙基甜菜碱（Cocoamidopropyl Betaine，CAB）作为两性离子表面活性剂，它能与阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠（Sodium Dodecyl Sulfate，SDS）和非离子表面活性剂无患子皂苷进行有效的配伍，提高复配体系的整体性能。然而CAB和SDS作为碳氢表面活性剂稳定的泡沫本质上是极不稳定的［4］。黄原胶（Xanthan Gum，XG）是一种水溶性聚合物，它在溶液中的分子间相互作用或缠结增加了有效大分子尺寸和分子量，导致高粘度，可以有效改善泡沫稳定性［5］。因此使用XG提高CAB/SDS/无患子皂苷复配体系的泡沫稳定性，并研究XG作为稳泡剂在无氟泡沫灭火剂中的应用和了解XG作为稳泡剂的稳定机理具有重要意义。

综上所述，本文利用生物可降解型天然表面活性剂无患子皂苷、碳氢表面活性剂CAB、SDS作为复配体系的发泡剂，采用多种方法系统研究XG对泡沫溶液泡沫性能的影响并开发具有灭火效果的无氟泡沫灭火剂配方。

1实验材料和方法

1.1材料

实验使用的表面活性剂包括：阴离子表面活性剂SDS（纯度97%）；两性离子表面活性剂CAB（纯度37%）；天然表面活性剂无患子皂苷为无患子粉提取物。助溶剂二乙二醇单丁醚（纯度98%）；尿素（纯度99%）。稳泡剂黄原胶为USP级。市售3%AFFF由江苏锁龙消防科技股份有限公司提供（由短链氟碳表面活性剂制备）。

1.2实验方法

1.2.1无患子皂苷提取

根据张斌等［6］的方法从无患子粉中提取无患子皂苷，采用超声辅助提取：超声功率为100 W、温度为40℃、料液比为1∶25、时间为40 min。

1.2.2泡沫溶液制备

按质量分数计：将SDS加入质量分数20%去离子水中充分搅拌，加入无患子皂苷和CAB，组成组分A搅拌均匀。将3%尿素、黄原胶混合均匀，组成组分B。将B缓慢加入到质量分数5%二乙二醇单丁醚中，拌均匀后，将A缓慢加入其中，快速搅拌。最后补加剩余的去离子水得到泡沫液。泡沫液与水按6∶94体积比混合，得到泡沫溶液。

1.2.3测试方法

发泡性能测试：本研究使用改进的Ross-Miles发泡性测试方法表征泡沫溶液的发泡能力。从圆柱形容器中泡沫溶液的上表面到球形漏斗的释放口的距离为1 m。水循环系统保持40℃温度恒定。将球形漏斗中的200 mL泡沫溶液释放到内部装有50 mL泡沫溶液的圆柱形容器中。当球形漏斗中的分散液撞击圆柱形玻璃容器中分散液的上表面时，产生泡沫。泡沫高度逐渐增加，直到所有200 mL分散液完全释放。测量初始泡沫高度h0以表征发泡能力。

泡沫稳定性能测试：使用双注射器技术，包括2个由直径为5 mm的短管连接的注射器，注射器容积为60 mL。一个注射器含有40 mL气体，另一个注射器含有20 mL泡沫溶液。通过将泡沫溶液和气体反复推过连接管，形成泡沫。泡沫溶液通过管30次后形成均质泡沫。发泡后将2个注射器分开，然后将含有泡沫的注射器倒置在桌子上。记录泡沫排出过程，通过析出的液体体积以表征泡沫稳定性能。使用Phenix生物显微镜记录泡沫粗化过程，评估泡沫粗化。

利用芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量91视频免费福利，采用铂金板法测定待测液的表面张力，DV-1粘度计测定待测液的粘度。

式中，S为扩散系数，mN/m；c为环己烷的表面张力，mN/m；f为泡沫溶液的表面张力，mN/m；i为泡沫溶液与环己烷之间的界面张力，mN/m。当S大于0时，泡沫能在燃料表面扩散；当S小于或等于0时，泡沫无法在燃料表面扩散［7］。

灭火及抗烧性能测试：参照《泡沫灭火剂》（GB 15308—2006）附录A中提供的小尺度装置。