氟碳表面活性劑因其強(qiáng)憎油憎水的界面特征而在泡沫滅火劑中廣泛使用，但它屬于難降解有機(jī)物已被多項(xiàng)國(guó)際公約限制使用，尋求減量或者替代氟碳表面活性劑成為新型環(huán)保型滅火劑研發(fā)的行業(yè)熱點(diǎn)。皂莢中所含的非離子型表面活性成分皂苷(GS)具有起泡與穩(wěn)泡作用。

本文以皂莢為原料提取分離純化皂苷，以表面張力、起泡能力、泡沫穩(wěn)定性及平均泡沫尺寸為指標(biāo)，利用中心組合響應(yīng)面分析法進(jìn)行了三因素(GS、Fluorad FC-170C、CAB)三水平優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探討了滅火泡沫的理化性能與復(fù)配協(xié)同效應(yīng)。

主要研究結(jié)果如下:

(1)利用香草醛-高氯酸比色法定量乙醇浸提、柱層析精制的皂苷，皂莢中總皂苷含量7.1%;凝膠滲透色譜法分析精制皂苷得到單一色譜峰，分子量為4366;皂苷鹽酸水解得到苷元，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)HPLC定性苷元為齊墩果酸(63.9%)與刺囊酸(36.1%);熱重分析獲得皂苷初始熱分解溫度為244.3℃。

(2)測(cè)量FC-170C+CAB、FC-170C+GS、CAB+GS二元復(fù)配及FC-170C+CAB+GS三元復(fù)配體系在氣液界面分子間相互作用參數(shù)(βα)與混合膠束中表面活性劑分子間相互作用參數(shù)(βM)，在一定的摩爾比下，βα-βM0且|βα-βM||ln(C01，CMC C2M/C0，CMC C1M)|，復(fù)配體系存在降低表面張力效能的協(xié)同作用;混合表面活性劑臨界膠束濃度(CMC)小于理想混合臨界膠束濃度(CMCideal)，界面平均最小面積(Amin)小于理想混合平均最小面積(Aideal)，表面活性劑分子間存在不同程度的吸引作用;低溫透射電鏡(Cryo-TEM)觀察表面活性劑膠束聚集行為，膠束球-矩變化使表面吸附分子在液-氣界面的排列變得更加緊密，直接證明復(fù)配體系具有表面性能的協(xié)同效應(yīng)。

(3)中心組合響應(yīng)面分析結(jié)果顯示，F(xiàn)luorad FC-170C質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.000678%、CAB 0.18%、GS 0.07%的復(fù)配比下，模型預(yù)測(cè)值表面張力γ17.30 mN/m，Ross-miles法測(cè)定初始泡沫高度h0 116.95 mm，泡沫穩(wěn)定性R5min97.98%，平均泡沫尺寸116.38μm。實(shí)驗(yàn)值為17.25 mN/m、117.33 mm、98.12%、115.21μm。相對(duì)誤差分別為0.29%、0.32%、0.14%、1.01%。國(guó)際公約限制氟碳化合物的使用量不得超過50 mg/kg，復(fù)配滅火泡沫中氟碳表面活性劑使用量減少為6.78 mg/kg。