2 結果與討論

2.1 泡沫滅火劑熱老化過程的性能變化

泡沫滅火劑失效的主要表現為發泡倍率降低，滅火性能下降。將配制的滅火劑樣品分別在60 ℃和90 ℃下熱老化192 h，監測老化過程中滅火劑的發泡倍率、pH值及溶液表面張力的變化，結果如圖 1所示。在老化過程初期，泡沫滅火劑的發泡倍率迅速下降，pH值迅速上升，并且90 ℃下發泡倍率和pH值的變化比60 ℃下更為明顯。在90 ℃下，96 h時發泡倍率由初始的8.1下降到7.6，之后下降趨勢變緩；24 h時pH值由初始的7.45上升到9.6，之后基本保持穩定。在60 ℃下，發泡倍率隨老化時間的延長而逐漸下降，pH值在144 h后基本穩定。溶液的表面張力在不同老化溫度下基本沒有變化，始終保持在16.8 mN/m左右。泡沫滅火劑的發泡倍率主要由碳氫表面活性劑提供，發泡倍率下降說明碳氫表面活性劑可能發生了降解；pH值升高主要是由于體系中尿素在高溫下發生了水解，老化后樣品有明顯的氨味；氟碳表面活性劑主要提供較低的表面張力以輔助泡沫鋪展，表面張力在老化前后保持穩定，說明氟碳表面活性劑沒有發生降解。

圖 1 泡沫滅火劑老化過程的性能變化

2.2 熱老化后碳氫表面活性劑的降解分析

為了進一步分析碳氫表面活性劑的降解情況，采用液相色譜-質譜聯用法對90 ℃下老化196 h的泡沫滅火劑進行表征，圖 2為滅火劑在老化前后的液相色譜總離子流圖(TIC)。離子流是樣品在流經色譜柱時流出組分在不同時間的響應值，在固定相和流動相相同的測試條件下，響應值與被測組分的量成正比。在測試時，保證老化前后兩個樣品的進樣量相同，即可根據各組分的峰面積來定量對比組分的含量變化。液相色譜與質譜聯用時，可以獲知每個時間段流出組分的質譜圖，通過質譜圖中的質荷比(m/z)可以分辨該組分的具體成分。

圖 2 泡沫滅火劑在老化前后的液相色譜總離子流圖

滅火劑配方中包含烷基糖苷和烷基甜菜堿兩類碳氫表面活性劑。烷基糖苷的碳鏈長度為C10和C14，烷基甜菜堿的碳鏈長度為C6~C16。根據相關文獻，可以分析得到滅火劑的TIC圖中各峰所對應的碳氫表面活性劑成分，結果見表 2。烷基甜菜堿易與H+加和，而烷基糖苷易與Na+加和，對于烷基鏈長度相同的甜菜堿與糖苷，[CAB + H]+與[APG + Na]+恰好具有相同的質荷比。配方中烷基甜菜堿為C6~C16烷基甜菜堿的混合物，烷基糖苷為C10和C14糖苷的混合物，因此c峰包含C10甜菜堿的H+加和峰及C10糖苷的Na+加和峰，e峰包含C14甜菜堿的H+加和峰及C14糖苷的Na+加和峰。

表 2 TIC圖中各峰所對應的碳氫表面活性劑組分

根據質荷比從滅火劑的TIC圖中提取相應組分的提取離子流圖(EIC)，對EIC圖中的峰進行積分以計算峰面積，峰面積代表樣品中該組分的含量，由此可以得到該組分在老化前后的滅火劑樣品中的含量變化。本文以質荷比371的d峰為例分析烷基鏈長度為C12的CAB(C12CAB)在老化前后的含量變化，圖 3為d峰的EIC圖，對EIC峰進行積分，得到老化前后的峰面積分別為66 464和60 990，由此可計算出C12CAB在老化后降解了8.24%。以此類推，從圖 2的所有峰中提取EIC圖進行計算，得到碳氫表面活性劑的降解率，結果見表 3。

圖 3 按質荷比371提取的老化前后泡沫滅火劑的EIC圖

表 3 滅火劑中碳氫表面活性劑的降解率

由表 3可知，烷基鏈長度為C6~C12的甜菜堿和糖苷在滅火劑老化后發生了明顯降解，尤其是烷基鏈長度為C6和C8的甜菜堿，其降解率超過了12%。而C14和C16的甜菜堿和糖苷相對穩定，老化后含量幾乎沒有下降，其降解率為負值可能是由于色譜測試時樣品的進樣量有細微差別，老化后的樣品進樣量略高于老化前的樣品，如果老化過程中表面活性劑幾乎未降解，則老化后樣品的峰面積高于老化前的樣品，使降解率出現負值。兩類碳氫表面活性劑的降解率隨烷基鏈長的增加呈明顯下降的趨勢，說明烷基糖苷和烷基甜菜堿的烷基鏈越長，其穩定性越高。在選擇泡沫滅火劑的配方時，一方面，為了提高體系的穩定性，可以選擇烷基鏈較長的碳氫表面活性劑；另一方面，當表面活性劑的碳氫鏈長度超過氟碳鏈長度時，在氣-液界面上碳氫鏈可能發生彎曲而覆蓋部分氟碳鏈，影響氟碳表面活性劑在界面的吸附，降低泡沫滅火劑的表面活性，使滅火劑的發泡性能變差。因此，在實際配方中應兼顧滅火劑的穩定性和滅火性能。