摘要：水成膜泡沫灭火剂在长期储存过程中存在由于老化而导致性能下降的问题。为了研究泡沫灭火剂的老化降解机理，分别在60℃和90℃下对灭火剂进行加速热老化192 h，研究了灭火剂在老化前后的性能变化；采用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS），通过灭火剂在老化前后的离子流变化分析了碳氢表面活性剂的降解情况；采用核磁共振氢谱法（1H NMR）定量分析了不同pH环境对碳氢表面活性剂稳定性的影响。结果表明：在60℃和90℃下加速热老化192 h后，泡沫灭火剂的发泡倍率明显下降，pH值显著升高，表面张力未发生明显变化；在90℃下热老化192 h后，烷基链长度在C12以下的碳氢表面活性剂发生了明显降解，烷基链长度为C14和C16的碳氢表面活性剂相对稳定；在90℃下热老化192 h后，糖苷类表面活性剂在酸性和碱性环境下的降解率大于中性环境，甜菜碱类表面活性剂在碱性环境下的降解率大于酸性和中性环境，因此在实际应用时应避免添加导致体系pH大幅升高的组分。

引言

水成膜泡沫灭火剂是针对有机燃料火灾的一类高效灭火介质，其主要组分为氟碳表面活性剂和碳氢表面活性剂，一般还添加增黏剂、降凝剂、防腐剂等功能助剂。由于灭火剂需要长期存放以备使用，因此对灭火剂在储存过程中的性能稳定性和使用有效性进行研究是很有必要的。泡沫灭火剂中，氟碳表面活性剂由于全氟碳链的存在而具有较好的化学稳定性和热稳定性，但是各类碳氢表面活性剂组分的稳定性相对较差。碳氢表面活性剂是灭火剂体系中含量最高的一类组分，在泡沫灭火剂的配方体系中承担主要的发泡功能，在灭火剂的长期存放过程中碳氢表面活性剂的降解失活会直接导致灭火剂的泡沫性能和灭火性能下降，因此，对灭火剂中表面活性剂的稳定性进行研究具有重要的实际意义。

目前，对于表面活性剂稳定性的研究多侧重于生物降解方面，主要采用含微生物源的体系对表面活性剂进行降解，测定其化学需氧量。但是在灭火剂体系中通常会添加苯甲酸钠等防腐剂，并且灭火剂密封存放，因此体系中表面活性剂的降解几乎不受微生物的影响，影响其稳定性的主要因素是储存时间和温度。可以通过加速热老化的方法研究常温下长时间放置后灭火剂性能的变化情况以及预测灭火剂的使用寿命。目前，对泡沫灭火剂稳定性的研究主要集中在灭火性能方面，而缺乏热老化机理方面的研究。

液相色谱-质谱联用分析法(LC-MS)可以将复杂体系中各组分相互分离，并对各组分含量进行定量分析，该方法灵敏度高、抗干扰能力强，可以用于分析灭火剂体系中各类表面活性剂的成分变化。核磁共振氢谱内标法可以用于分析化合物特定官能团的变化，从而对灭火剂热老化前后的成分进行定量分析。为了研究泡沫灭火剂的热老化机理，本文对灭火剂进行加速热老化处理，采用液相色谱-质谱联用技术，通过灭火剂在老化前后的离子流变化分析了碳氢表面活性剂的降解情况；采用核磁共振氢谱内标法对碳氢表面活性剂的特征基团含量进行定量分析，研究了体系pH值对碳氢表面活性剂稳定性的影响，以期为提高泡沫灭火剂的稳定性提供参考。

1 实验部分

1.1 实验原料

氟碳表面活性剂CapstoneⓇ 1470和CapstoneⓇ 1440，工业级，科慕化学(上海)有限公司；烷基糖苷(APG，R=C10~C14)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB，R=C10~C16)、烷基酰胺丙基甜菜碱(AAB，R=C6~C10)、改性纤维素，工业级，山东优索化工有限公司；乙二醇、二乙二醇丁醚、尿素、苯甲酸钠，分析纯，伊诺凯科技有限公司。

1.2 泡沫灭火剂的配制及老化实验

按照表 1的配方将各组分溶解于水，配制成泡沫灭火剂，分装于密封玻璃样品瓶中，置于恒温干燥箱(DHG-9055A型，上海一恒科学仪器有限公司)中，分别在(60±0.2) ℃、(90±0.2) ℃的条件下加速热老化192 h。另外，配制45%(质量分数)的APG和CAB水溶液，分别调节pH为酸性(pH=4±0.05)、中性(pH=7±0.05)和碱性(pH=10±0.05)，分装于密封玻璃样品瓶中，置于(90±0.2) ℃的恒温干燥箱中老化192 h，用于考察体系环境pH值对碳氢表面活性剂稳定性的影响。

表 1 水成膜泡沫灭火剂配方

1.3 分析与测试

按照GB 15308—2006，采用规定的包含耐压储罐、泡沫枪和泡沫收集器的低倍泡沫发生系统(自制)测定泡沫灭火剂的发泡倍率，测定前将泡沫灭火剂用去离子水稀释至3%(质量分数，下同)。采用pH计(FiveEasy Plus，METTLER TOLEDO公司)于(25±0.5) ℃下测量泡沫灭火剂的pH值。采用芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量表面张力仪测定样品的表面张力，测定前将泡沫灭火剂用去离子水稀释至3%，将APG溶液和CAB溶液分别稀释至0.1%和0.05%，使其浓度略低于临界胶束浓度。采用超高效液相色谱四级杆飞行时间串联质谱仪(Xevo G2QTOF，Waters公司)对老化前后灭火剂的成分进行分析，色谱条件：流动相为甲醇，流速1.00 mL/min, 柱温25 ℃，进样量50 μL；质谱仪使用正离子模式测试。采用400 MHz核磁共振波谱仪(NMR)(AVANCE III，Bruker公司)分析老化前后表面活性剂的成分变化，内标物为马来酸，溶剂为氘代二甲基亚砜。