2 结果与讨论

2.1 泡沫灭火剂热老化过程的性能变化

泡沫灭火剂失效的主要表现为发泡倍率降低，灭火性能下降。将配制的灭火剂样品分别在60 ℃和90 ℃下热老化192 h，监测老化过程中灭火剂的发泡倍率、pH值及溶液表面张力的变化，结果如图 1所示。在老化过程初期，泡沫灭火剂的发泡倍率迅速下降，pH值迅速上升，并且90 ℃下发泡倍率和pH值的变化比60 ℃下更为明显。在90 ℃下，96 h时发泡倍率由初始的8.1下降到7.6，之后下降趋势变缓；24 h时pH值由初始的7.45上升到9.6，之后基本保持稳定。在60 ℃下，发泡倍率随老化时间的延长而逐渐下降，pH值在144 h后基本稳定。溶液的表面张力在不同老化温度下基本没有变化，始终保持在16.8 mN/m左右。泡沫灭火剂的发泡倍率主要由碳氢表面活性剂提供，发泡倍率下降说明碳氢表面活性剂可能发生了降解；pH值升高主要是由于体系中尿素在高温下发生了水解，老化后样品有明显的氨味；氟碳表面活性剂主要提供较低的表面张力以辅助泡沫铺展，表面张力在老化前后保持稳定，说明氟碳表面活性剂没有发生降解。

图 1 泡沫灭火剂老化过程的性能变化

2.2 热老化后碳氢表面活性剂的降解分析

为了进一步分析碳氢表面活性剂的降解情况，采用液相色谱-质谱联用法对90 ℃下老化196 h的泡沫灭火剂进行表征，图 2为灭火剂在老化前后的液相色谱总离子流图(TIC)。离子流是样品在流经色谱柱时流出组分在不同时间的响应值，在固定相和流动相相同的测试条件下，响应值与被测组分的量成正比。在测试时，保证老化前后两个样品的进样量相同，即可根据各组分的峰面积来定量对比组分的含量变化。液相色谱与质谱联用时，可以获知每个时间段流出组分的质谱图，通过质谱图中的质荷比(m/z)可以分辨该组分的具体成分。

图 2 泡沫灭火剂在老化前后的液相色谱总离子流图

灭火剂配方中包含烷基糖苷和烷基甜菜碱两类碳氢表面活性剂。烷基糖苷的碳链长度为C10和C14，烷基甜菜碱的碳链长度为C6~C16。根据相关文献，可以分析得到灭火剂的TIC图中各峰所对应的碳氢表面活性剂成分，结果见表 2。烷基甜菜碱易与H+加和，而烷基糖苷易与Na+加和，对于烷基链长度相同的甜菜碱与糖苷，[CAB + H]+与[APG + Na]+恰好具有相同的质荷比。配方中烷基甜菜碱为C6~C16烷基甜菜碱的混合物，烷基糖苷为C10和C14糖苷的混合物，因此c峰包含C10甜菜碱的H+加和峰及C10糖苷的Na+加和峰，e峰包含C14甜菜碱的H+加和峰及C14糖苷的Na+加和峰。

表 2 TIC图中各峰所对应的碳氢表面活性剂组分

根据质荷比从灭火剂的TIC图中提取相应组分的提取离子流图(EIC)，对EIC图中的峰进行积分以计算峰面积，峰面积代表样品中该组分的含量，由此可以得到该组分在老化前后的灭火剂样品中的含量变化。本文以质荷比371的d峰为例分析烷基链长度为C12的CAB(C12CAB)在老化前后的含量变化，图 3为d峰的EIC图，对EIC峰进行积分，得到老化前后的峰面积分别为66 464和60 990，由此可计算出C12CAB在老化后降解了8.24%。以此类推，从图 2的所有峰中提取EIC图进行计算，得到碳氢表面活性剂的降解率，结果见表 3。

图 3 按质荷比371提取的老化前后泡沫灭火剂的EIC图

表 3 灭火剂中碳氢表面活性剂的降解率

由表 3可知，烷基链长度为C6~C12的甜菜碱和糖苷在灭火剂老化后发生了明显降解，尤其是烷基链长度为C6和C8的甜菜碱，其降解率超过了12%。而C14和C16的甜菜碱和糖苷相对稳定，老化后含量几乎没有下降，其降解率为负值可能是由于色谱测试时样品的进样量有细微差别，老化后的样品进样量略高于老化前的样品，如果老化过程中表面活性剂几乎未降解，则老化后样品的峰面积高于老化前的样品，使降解率出现负值。两类碳氢表面活性剂的降解率随烷基链长的增加呈明显下降的趋势，说明烷基糖苷和烷基甜菜碱的烷基链越长，其稳定性越高。在选择泡沫灭火剂的配方时，一方面，为了提高体系的稳定性，可以选择烷基链较长的碳氢表面活性剂；另一方面，当表面活性剂的碳氢链长度超过氟碳链长度时，在气-液界面上碳氢链可能发生弯曲而覆盖部分氟碳链，影响氟碳表面活性剂在界面的吸附，降低泡沫灭火剂的表面活性，使灭火剂的发泡性能变差。因此，在实际配方中应兼顾灭火剂的稳定性和灭火性能。