一种油类火灾用新型无氟非蛋白泡沫灭火剂的研究(5)
1.2.2 水成膜泡沫灭火剂（AFFF）
水成膜泡沫灭火剂由美国发明（1964年获得专利），它是一种能在烃类液体表面形成水膜的泡沫灭火剂，其核心成分为氟碳表面活性剂，所占比例为1-5%，可以是一种，也可以是多种表面活性剂的混合物。氟碳表面活性剂的性能优劣、价格高低直接影响着AFFF的应用[8.9]。随着人们逐渐认识PFOS对环境的危害，许多国外厂商逐渐停止电解法制备氟碳表面活性剂来减少PFOS的排放。其中生产规模最大的美国3M公司已经于2002年自愿在美国境内停止用电解法生产该类产品，并在停产后向外界公布了电解法的核心技术。之后公安部天津消防研究所与3M公司合作并掌握了该项技术，研制出了多用途水成膜泡沫灭火剂，并在国内开始推广。大规模的生产使国内的AFFF价格迅速降低，并在很多领域得到广泛的应用。但《斯德哥尔摩公约》（2001年5月23日）严格限制PFOS的使用后，我国作为缔约方也必须按照相关流程和要求逐步禁止PFOS的生产和使用。这对我国的AFFF行业造成巨大冲击，因此国内消防产业迫切需要在过渡期限到来前寻找到合适的替代技术。
目前有关AFFF的研究热点主要有以下几方面：
（1）使用调聚法生产氟碳表面活性剂，制备过程如式（1）所示：
CF2=CF2 → F(CF2)nI → F(CF2)nCH2CH2I → AFFF中的表面活性剂 （1）
式中，n=6、8、10、12等。
基于调聚法生产的表面活性剂不含有也不会分解产生PFOS，目前不会被EPA限制。但是这类AFFF会分解成全氟辛酸（Perfluorooctanoic acid —— PFOA，如式2所示），而PFOA也被怀疑具有与PFOS相似的危害性，目前仍在对其危险分析试验、替代品的实效性、限制措施等进行评估。
AFFF中的表面活性剂 → C8F17CO2X → C8F17CO2H （2）
Hagenaars[10]等认为杜邦公司生产的Forafac系列表面活性剂符合各方面的规范，进行的生物毒性试验也表明其系列产品的水生生物毒性低于PFOS类产品，可以作为PFOS类的替代品。但是这种方法仍然存在二次替代的可能，并没有从根本上解决AFFF可能造成的环境污染问题。
（2）使用齐聚法生产氟碳表面活性剂。20世纪70年代开始发展齐聚法制备工艺。原理是在非质子性溶剂中氟烯烃发生齐聚反应生成高支链、低聚合度的全氟烯烃聚合物。PFOA类物质受限的主要原因之一就是因为氟碳链过长，采用齐聚法生产的表面活性剂与调聚法生产的长直链不同，多为高度带支链的物质，例如吹冰氟丙烯法[11]可以得到以二聚体和三聚体为主的产物，对环境的污染小，毒性低。反应式如下：
nCF3CF=CF2→(CF3CF=CF2)n （3）
式中n为2-3，一般采用CsF作为反应的催化剂。这些齐聚物都是多支链的丙烯烃，利用连接双键碳原子上氟的活性，易与含氮、氧、硫的亲核试剂发生亲核反应生成支链型的含氟表面活性剂。但是支链过多就会影响氟碳表面活性剂的表面活性，难以与调聚法竞争。需要着眼于改变氟碳表面剂最外层基团的结构，来提高表面活性能力，并且改进合成方法来降低成本。另外，该类含氟表面活性剂到底对环境有无影响也还有待进一步考证。
（3）建立定性与定量相结合的评价标准，来选择加入哪一种氟碳表面活性剂以及对不同水成膜泡沫进行灭火性能优劣的排序。氟碳表面活性剂的种类繁多，但并不是所有种类都能用于水成膜泡沫灭火剂中。水成膜泡沫灭火剂性能的主要判据为铺展速度、铺展量、发泡倍数、泡沫液析液速度、泡沫稳定性[12-14]。对每一种水成膜泡沫灭火剂都要进行上述五种参数的测量，才能全面评价该种灭火剂的灭火性能，因此实验量很大。如果从氟碳表面活性剂和水成膜泡沫自身的物化性质出发，探讨能否直接通过表面张力、界面张力、粘度等因素对氟碳表面活性剂进行大致的灭火性能分级，就能大大减少实验量。
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