2.3温度对发泡性能的影响

为了更好的控制火灾，就需要灭火剂兼备覆盖性和流动性，因此泡沫性能对水成膜泡沫灭火剂的效果有重要影响。泡沫的平均密度随着泡沫膨胀的增大而减小，使泡沫形成的绝缘层有效地阻断了燃油和氧气，造成窒息效应。从泡沫中排出的溶液在火焰的高温下蒸发，吸收热量的同时也降低了火焰上方的氧气浓度。此外，泡沫中析出的溶液能够持续维持其覆盖作用，并且使泡沫不易破裂。然而发泡倍数并不是越高越好，应当保持在一个合理的范围，在能够覆盖火焰的同时保持良好的流动性。因此，研究单一组分的发泡倍数和25%析液时间对其应用于灭火剂复配体系中具有重要意义。

在0~40℃下研究了温度对甜菜碱氟碳表面活性剂的发泡倍数的影响，变化趋势如图5所示。由图5可知，发泡倍数随温度增加出现了先增大后趋于稳定的趋势，基本都在20℃时达到了最大发泡倍数，说明在20~40℃范围内这些表面活性剂的发泡性能对于温度具有低敏感性。但是在低温下，各表面活性剂的发泡倍数出现了显著减小的情况。C4-Ac的发泡倍数在常温可接近6倍，但在温度为0℃时低至3.9倍。这主要是由于低温下溶液表面张力较大，需要较大的能量来增加气泡的表面积，形成泡沫的能力相对较弱。对于25%析液时间，如图6所示，则是随着温度的升高而略有减小。这主要是因为升高温度会影响表面活性剂分子在液体表面的排列和聚集状态，分子热运动加剧导致分子间的作用力减弱，从而破坏原有的分子层结构。温度升高还会加快液体的蒸发速度，降低溶液的表面张力，进而影响泡沫的稳定性。此外，从图中还可看出C4-Ac的25%析液时间高于其他两种表面活性剂，主要是由于其分子吸附面积较小，导致液膜表面分子排列更加紧密，从而降低泡沫液膜析液速率，增强了泡沫的稳定性。

图5 C4-Ac、C4-sa和C4-pa发泡倍数随温度的变化

图6 C4-Ac、C4-sa和C4-pa的25%析液时间随温度的变化

在相同温度下对比，亲水基团的不同对其发泡性能参数存在一定的影响，其中C4-sa的发泡能力较强，其发泡倍数达到了6.9，这与表面张力的趋势一致。此外，一般水成膜泡沫灭火剂的适用发泡倍数应大于6，然而从图中可知，在0℃下三种表面活性剂的发泡倍数均未满足要求。这是由于本研究中的三种表面活性剂均为短碳氟链，相对于长碳氟链的泡沫性能较差，与碳氢表面活性剂相比，氟碳表面活性剂的发泡性能也较差。目前就析液时间的评价标准而言，关于AFFF的国标中尚未明确要求，美国国家防火协会规定25%析液时间应大于2.25 min。因此，若要使用环保性较好的C4系列表面活性剂，可以与其他表面活性剂复配后使用。课题组前期对氟碳和碳氢表面活性剂的复配进行了研究，得出添加等摩尔量的己烷磺酸钠能够产生较好的协同作用。因而研究了0℃下C4-sa与己烷磺酸钠1∶1复配后的泡沫性能，发泡倍数达到6.3倍，25%析液时间为2.71 min，且能够在95#汽油上铺展。结果表明，复配后表面活性剂溶液的发泡倍数和25%析液时间均超过了6倍和2.5 min，已满足标准使用要求。

3结论

1）三种甜菜碱短链氟碳表面活性剂的cmc随温度的升高而略有增大，在cmc时对应的最低表面张力随温度的升高而减小。各表面活性剂在不同温度下均表现出较好的表面活性（cmc<4.45 mmol/L，γcmc<22.19 mN/m）。其中C4-sa溶液的表面活性相对更优，其cmc可低至2.21 mmol/L，γcmc最低为16.28 mN/m。通过对比饱和吸附量，各表面活性剂溶液的饱和吸附量随温度的升高而减小。

2）在三种烃类燃油表面，各甜菜碱氟碳表面活性剂的S均为正值，说明均具备在燃油表面的铺展能力。随温度逐渐升高，铺展系数有所增大，温度高于20℃后铺展系数的大小趋于平缓。此外，三种表面活性剂中C4-sa的铺展能力最优，且在燃油表面的铺展速率最快，与表面张力大小趋势一致。

3）各表面活性剂的发泡倍数随温度的升高而增大，在低温时发泡倍数较低，高于20℃后增加不明显。25%析液时间随温度的升高而略有减小，由于分子间作用力减弱以及液体蒸发速度加快，温度较高时泡沫的稳定性相对较弱。与己烷磺酸钠之间的协同作用能够提高发泡性能，在低温下混合溶液的发泡倍数可至6.3倍。

4）总体而言，温度对甜菜碱短链氟碳表面活性剂的理化性能存在一定的影响，尤其是在低温下对发泡性能的影响较为显著，可能会影响低温环境中水成膜泡沫灭火剂的使用，若实际应用需对泡沫液组分进行复配。三种氟碳表面活性剂中接枝磺酸基团的理化性能相对较好，可以考虑进一步复配应用于水成膜泡沫灭火剂。