2實驗結果與討論

2.1表面活性劑發泡性分析

2.1.1表面活性劑一元體系發泡性能研究

如圖1所示，3種表面活性劑發泡性能隨濃度增加而增大，都經過了快速增長階段、緩慢增長階段，最后發泡高度趨于平穩，不再隨濃度增加而變化。SDS、CAB、無患子皂苷質量分數分別在5%、8%、15%時初始泡沫高度達到了最高值，分別是166 mm、171 mm、152 mm。形成大量泡沫的關鍵因素是表面流動性［8］，以上結果表明CAB具有更好的表面流動性。

圖1表面活性劑發泡性隨體積分數的變化

以發泡體系的復配組分（無患子皂苷、SDS、CAB 3種表面活性劑）為考察的3個因素，根據3種表面活性劑的發泡性能，每個因素選3個水平，選用L9（33）正交試驗設計優化泡沫滅火劑的配方，正交表設計如表1所示。

表1正交試驗因素及水平單位：%

表2發泡性能正交試驗結果

2.1.2表面活性劑三元體系泡沫溶液發泡性能

根據正交表測定其發泡高度，結果見表2。表2中K1、K2、K3表示各因素在相應水平下評價指標的平均值，R為各因素相應水平下評價指標的級差。發泡高度的極差R值表明，各因素的重要性依次為SDS>CAB=無患子皂苷，SDS對復配體系的發泡性能影響最大。由表2中發泡高度的K值可見，發泡性能最佳的組合是第9組。表面活性劑復配后隨著其添加量的增加，空氣與液膜之間的活性劑分子濃度增加，有利于提高泡沫溶液的發泡能力［9］。

表3為泡沫溶液的配方。根據三元復配體系的發泡性能，選取發泡性能最佳的9號組，無患子皂苷、SDS、CAB質量分數固定在15%、5%、5%。研究XG濃度變化對泡沫溶液性能的影響。

表3泡沫液的組分單位：%

2.2 XG對泡沫溶液性能的影響

2.2.1發泡能力

市售3%AFFF和5組試驗組泡沫溶液的發泡能力測試結果如圖2所示。SDS、CAB、無患子皂苷的發泡能力隨著XG濃度的增加而下降。XG引起的泡沫溶液發泡能力的下降主要因為XG分子之間的相互作用形成網狀包裹結構，降低了表面活性分子其周圍結合水分子的數目，從而降低泡沫溶液的發泡性能。

圖2泡沫溶液發泡性能隨XG濃度的變化

2.2.2泡沫穩定性

泡沫的穩定性主要由泡沫的排水、粗化和聚并等多因素決定［10］。雙注射器技術產生的6種泡沫的圖像見圖3，而6種泡沫的50%析液時間測定結果見表4。這6種泡沫在0 s時有相同的初始體積，在重力作用下發生泡沫排水現象，600 s后6種泡沫的排水體積之間存在很大的差異，X-0#、X-1#和X-2#樣品泡沫排水量幾乎達到發泡前泡沫溶液的初始體積，X-3#泡沫排水量明顯降低，X-4#泡沫的排水體積較3%AFFF的排水體積少。以上結果表明添加質量分數0.30%的XG能很好地減緩泡沫排水，使無氟泡沫和商用泡沫滅火劑有相當的泡沫穩定性。

圖3通過雙注射器技術在不同時間泡沫溶液產生的泡沫

X-1#、X-2#與X-0#樣品的50%析液時間相近，表明質量分數0.01%的XG和質量分數0.05%的XG對穩定泡沫無明顯作用。為簡潔起見，僅顯示X-0#、X-3#、X-4#和3%AFFF泡沫形態隨時間的變化見圖4。在形成均質泡沫后30 s時，4種泡沫溶液產生的泡沫尺寸大部分為幾十微米，大的不超過200m。之后由于泡沫之間的壓差，導致泡沫不斷粗化、聚并，在泡沫粗化過程中，各組泡沫形態發生變化。X-0#和X-3#的泡沫在600 s時，泡沫數量明顯減少，X-0#最大泡沫尺寸達到239m，添加質量分數0.1%的XG的X-3#泡沫量也減少，但泡沫粗化現象減弱，XG加入質量分數0.3%的X-4#樣品泡沫尺寸變化小，最大泡沫尺寸為164m，可見添加XG對泡沫的粗化有明顯的抑制作用。添加質量分數0.3%XG泡沫與3%AFFF有相似的泡沫粗化過程。

表4 50%析液時間試驗結果單位：s

圖4泡沫粗化過程

2.2.3泡沫擴散性分析

測得環己烷的表面張力為25.24 mN/m，根據式（1），6組試驗組其擴散系數如表5所示。X-0#、X-1#、X-2#、X-3#和X-4#樣品擴散系數都為負值。試劑復配后活性劑分子疏水基水分子之間依然有較大斥力，因此，此配方所產生的泡沫無法在油面上形成水膜［11］。X-0#、X-1#、X-2#、X-3#和X-4#樣品之間的表面張力和界面張力表現出較小的差異，分別在29.60～30.28 mN/m和2.31～2.65 mN/m之間。表明XG對泡沫溶液的表面張力和界面張力影響較小，影響表面張力和界面張力的主要原因是表面活性劑的種類。X-4#樣品的粘度變化比較明顯，因為XG濃度的增加導致聚合物網絡結構的增強，并且XG與表面活性劑相互作用：通過靜電、疏水和氫鍵等發生，這有助于顯著增加溶液粘度的協同效應。

表5泡沫溶液的性能