2实验结果与讨论

2.1表面活性剂发泡性分析

2.1.1表面活性剂一元体系发泡性能研究

如图1所示，3种表面活性剂发泡性能随浓度增加而增大，都经过了快速增长阶段、缓慢增长阶段，最后发泡高度趋于平稳，不再随浓度增加而变化。SDS、CAB、无患子皂苷质量分数分别在5%、8%、15%时初始泡沫高度达到了最高值，分别是166 mm、171 mm、152 mm。形成大量泡沫的关键因素是表面流动性［8］，以上结果表明CAB具有更好的表面流动性。

图1表面活性剂发泡性随体积分数的变化

以发泡体系的复配组分（无患子皂苷、SDS、CAB 3种表面活性剂）为考察的3个因素，根据3种表面活性剂的发泡性能，每个因素选3个水平，选用L9（33）正交试验设计优化泡沫灭火剂的配方，正交表设计如表1所示。

表1正交试验因素及水平单位：%

表2发泡性能正交试验结果

2.1.2表面活性剂三元体系泡沫溶液发泡性能

根据正交表测定其发泡高度，结果见表2。表2中K1、K2、K3表示各因素在相应水平下评价指标的平均值，R为各因素相应水平下评价指标的级差。发泡高度的极差R值表明，各因素的重要性依次为SDS>CAB=无患子皂苷，SDS对复配体系的发泡性能影响最大。由表2中发泡高度的K值可见，发泡性能最佳的组合是第9组。表面活性剂复配后随着其添加量的增加，空气与液膜之间的活性剂分子浓度增加，有利于提高泡沫溶液的发泡能力［9］。

表3为泡沫溶液的配方。根据三元复配体系的发泡性能，选取发泡性能最佳的9号组，无患子皂苷、SDS、CAB质量分数固定在15%、5%、5%。研究XG浓度变化对泡沫溶液性能的影响。

表3泡沫液的组分单位：%

2.2 XG对泡沫溶液性能的影响

2.2.1发泡能力

市售3%AFFF和5组试验组泡沫溶液的发泡能力测试结果如图2所示。SDS、CAB、无患子皂苷的发泡能力随着XG浓度的增加而下降。XG引起的泡沫溶液发泡能力的下降主要因为XG分子之间的相互作用形成网状包裹结构，降低了表面活性分子其周围结合水分子的数目，从而降低泡沫溶液的发泡性能。

图2泡沫溶液发泡性能随XG浓度的变化

2.2.2泡沫稳定性

泡沫的稳定性主要由泡沫的排水、粗化和聚并等多因素决定［10］。双注射器技术产生的6种泡沫的图像见图3，而6种泡沫的50%析液时间测定结果见表4。这6种泡沫在0 s时有相同的初始体积，在重力作用下发生泡沫排水现象，600 s后6种泡沫的排水体积之间存在很大的差异，X-0#、X-1#和X-2#样品泡沫排水量几乎达到发泡前泡沫溶液的初始体积，X-3#泡沫排水量明显降低，X-4#泡沫的排水体积较3%AFFF的排水体积少。以上结果表明添加质量分数0.30%的XG能很好地减缓泡沫排水，使无氟泡沫和商用泡沫灭火剂有相当的泡沫稳定性。

图3通过双注射器技术在不同时间泡沫溶液产生的泡沫

X-1#、X-2#与X-0#样品的50%析液时间相近，表明质量分数0.01%的XG和质量分数0.05%的XG对稳定泡沫无明显作用。为简洁起见，仅显示X-0#、X-3#、X-4#和3%AFFF泡沫形态随时间的变化见图4。在形成均质泡沫后30 s时，4种泡沫溶液产生的泡沫尺寸大部分为几十微米，大的不超过200m。之后由于泡沫之间的压差，导致泡沫不断粗化、聚并，在泡沫粗化过程中，各组泡沫形态发生变化。X-0#和X-3#的泡沫在600 s时，泡沫数量明显减少，X-0#最大泡沫尺寸达到239m，添加质量分数0.1%的XG的X-3#泡沫量也减少，但泡沫粗化现象减弱，XG加入质量分数0.3%的X-4#样品泡沫尺寸变化小，最大泡沫尺寸为164m，可见添加XG对泡沫的粗化有明显的抑制作用。添加质量分数0.3%XG泡沫与3%AFFF有相似的泡沫粗化过程。

表4 50%析液时间试验结果单位：s

图4泡沫粗化过程

2.2.3泡沫扩散性分析

测得环己烷的表面张力为25.24 mN/m，根据式（1），6组试验组其扩散系数如表5所示。X-0#、X-1#、X-2#、X-3#和X-4#样品扩散系数都为负值。试剂复配后活性剂分子疏水基水分子之间依然有较大斥力，因此，此配方所产生的泡沫无法在油面上形成水膜［11］。X-0#、X-1#、X-2#、X-3#和X-4#样品之间的表面张力和界面张力表现出较小的差异，分别在29.60～30.28 mN/m和2.31～2.65 mN/m之间。表明XG对泡沫溶液的表面张力和界面张力影响较小，影响表面张力和界面张力的主要原因是表面活性剂的种类。X-4#样品的粘度变化比较明显，因为XG浓度的增加导致聚合物网络结构的增强，并且XG与表面活性剂相互作用：通过静电、疏水和氢键等发生，这有助于显著增加溶液粘度的协同效应。

表5泡沫溶液的性能