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黃原膠對泡沫溶液泡沫性能、表面張力的影響（一）
來源：工業安全與環保 瀏覽 270 次 發布時間:2025-10-16
引言
水成膜泡沫滅火劑（AqueousFilm-formingFoam，AFFF）是指在滅火過程中，能快速在液體燃料表面擴散并形成致密的泡沫層和水膜層的一類泡沫滅火劑，核心組分為碳氫表面活性劑和氟碳表面活性劑［1］。但傳統氟碳表面活性劑是電解法或由四氟乙烯調聚反應產生的包含支鏈型或直鏈型全氟辛基羧酸鹽類C7F15COO-和全氟辛基磺酸鹽類C8F17SO3-的表面活性劑，在環境中極為穩定并具有生物持久性，在較長時間內是不可水解和不可生物降解的，在食物鏈中也具有積極的生物蓄積和遷移作用［2］。基于上述原因，氟碳表面活性劑和衍生全氟辛烷磺酸的長期積累導致了嚴重的環境問題。因此，開發新型泡沫配方以降低滅火泡沫中氟碳表面活性劑的含量，成為國內外學者的研究方向之一。目前短鏈氟碳-碳氫復配體系已得到國外生產商的推廣，其滅火性能可與當前的氟化AFFF相媲美，尤其是對于低閃點燃料，如正庚烷和汽油［3］，但短鏈氟碳表面活性劑在生態環境中依然無法降解，目前其對環境的危害尚未被有效證實，因此開發環保、無氟的滅火泡沫具有重要意義。
無患子皂苷是一種非離子型純天然表面活性劑，具有表面張力低、發泡能力強、穩泡性好等特點，具有作為泡沫滅火劑的發泡組分的潛能。椰油酰胺丙基甜菜堿（Cocoamidopropyl Betaine，CAB）作為兩性離子表面活性劑，它能與陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉（Sodium Dodecyl Sulfate，SDS）和非離子表面活性劑無患子皂苷進行有效的配伍，提高復配體系的整體性能。然而CAB和SDS作為碳氫表面活性劑穩定的泡沫本質上是極不穩定的［4］。黃原膠（Xanthan Gum，XG）是一種水溶性聚合物，它在溶液中的分子間相互作用或纏結增加了有效大分子尺寸和分子量，導致高粘度，可以有效改善泡沫穩定性［5］。因此使用XG提高CAB/SDS/無患子皂苷復配體系的泡沫穩定性，并研究XG作為穩泡劑在無氟泡沫滅火劑中的應用和了解XG作為穩泡劑的穩定機理具有重要意義。
綜上所述，本文利用生物可降解型天然表面活性劑無患子皂苷、碳氫表面活性劑CAB、SDS作為復配體系的發泡劑，采用多種方法系統研究XG對泡沫溶液泡沫性能的影響并開發具有滅火效果的無氟泡沫滅火劑配方。
1實驗材料和方法
1.1材料
實驗使用的表面活性劑包括：陰離子表面活性劑SDS（純度97%）；兩性離子表面活性劑CAB（純度37%）；天然表面活性劑無患子皂苷為無患子粉提取物。助溶劑二乙二醇單丁醚（純度98%）；尿素（純度99%）。穩泡劑黃原膠為USP級。市售3%AFFF由江蘇鎖龍消防科技股份有限公司提供（由短鏈氟碳表面活性劑制備）。
1.2實驗方法
1.2.1無患子皂苷提取
根據張斌等［6］的方法從無患子粉中提取無患子皂苷，采用超聲輔助提取：超聲功率為100 W、溫度為40℃、料液比為1∶25、時間為40 min。
1.2.2泡沫溶液制備
按質量分數計：將SDS加入質量分數20%去離子水中充分攪拌，加入無患子皂苷和CAB，組成組分A攪拌均勻。將3%尿素、黃原膠混合均勻，組成組分B。將B緩慢加入到質量分數5%二乙二醇單丁醚中，拌均勻后，將A緩慢加入其中，快速攪拌。最后補加剩余的去離子水得到泡沫液。泡沫液與水按6∶94體積比混合，得到泡沫溶液。
1.2.3測試方法
發泡性能測試：本研究使用改進的Ross-Miles發泡性測試方法表征泡沫溶液的發泡能力。從圓柱形容器中泡沫溶液的上表面到球形漏斗的釋放口的距離為1 m。水循環系統保持40℃溫度恒定。將球形漏斗中的200 mL泡沫溶液釋放到內部裝有50 mL泡沫溶液的圓柱形容器中。當球形漏斗中的分散液撞擊圓柱形玻璃容器中分散液的上表面時，產生泡沫。泡沫高度逐漸增加，直到所有200 mL分散液完全釋放。測量初始泡沫高度h0以表征發泡能力。
泡沫穩定性能測試：使用雙注射器技術，包括2個由直徑為5 mm的短管連接的注射器，注射器容積為60 mL。一個注射器含有40 mL氣體，另一個注射器含有20 mL泡沫溶液。通過將泡沫溶液和氣體反復推過連接管，形成泡沫。泡沫溶液通過管30次后形成均質泡沫。發泡后將2個注射器分開，然后將含有泡沫的注射器倒置在桌子上。記錄泡沫排出過程，通過析出的液體體積以表征泡沫穩定性能。使用Phenix生物顯微鏡記錄泡沫粗化過程，評估泡沫粗化。
利用芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動高通量表面張力儀，采用鉑金板法測定待測液的表面張力，DV-1粘度計測定待測液的粘度。
式中，S為擴散系數，mN/m；c為環己烷的表面張力，mN/m；f為泡沫溶液的表面張力，mN/m；i為泡沫溶液與環己烷之間的界面張力，mN/m。當S大于0時，泡沫能在燃料表面擴散；當S小于或等于0時，泡沫無法在燃料表面擴散［7］。
滅火及抗燒性能測試：參照《泡沫滅火劑》（GB 15308—2006）附錄A中提供的小尺度裝置。