泡沫灭火剂的组成及灭火原理

一、泡沫灭火剂的组成

泡沫灭火剂是一种多组分的混合水溶液，通常包含发泡剂、泡沫稳定剂、耐液（抗溶）性添加剂、助溶剂、抗冻剂等。

（一）发泡剂

泡沫灭火剂发挥灭火作用的重要保证在于有大量连续聚集的灭火泡沫产生，发泡剂是泡沫灭火剂的主要组成部分，其主要作用就是降低水的表面张力，从而使泡沫灭火剂的水溶液起到良好的发泡效果，从而提高火灾扑救的效率。发泡剂实际上是一种表面活性剂，可分为两类，一类是天然的表面活性剂，如水解蛋白；另一类是各种合成的表面活性剂。灭火剂用的发泡剂要求临界胶束浓度小、发泡力强、表面张力小和水溶性好。很多水溶性的表面活性剂具有很好的起泡性，因此，各种泡沫灭火剂中的发泡剂都使用不同类型的表面活性剂。

表面活性剂水溶液的起泡性决定于气—液界面上表面活性剂分子的吸附作用，与表面张力的大小有着密切的关系。灭火泡沫是由液膜分割形成的而又相互连接的无数小气泡的聚集体。表面活性剂水溶液形成气泡时，在气泡的液膜表面上即形成表面活性剂分子的吸附层，疏水基团朝向气相方向，亲水基团指向水相。泡沫的小气泡之间的液膜被双层的表面活性剂包围起来。

表面活性剂分子通常包括由疏水基和亲水基，疏水基一般是由长链烃基构成，亲水基则通常为带电的离子基团或不带电的极性基团。根据亲水基的不同，碳氢表面活性剂可分为阴离子型、阳离子型、两性型、非离子型和混合型等几种。泡沫灭火剂常用的发泡剂通常为起泡能力较好的阴离子、两性或者非离子碳氢表面活性剂。

（二）泡沫稳定剂

单纯由表面活性剂水溶液产生的泡沫是很不稳定的，因为表面活性剂的水溶液变为泡沫后，体系的自由能升高，使得泡沫消失、恢复原状、降低自由能的趋势增加，这样泡沫很快就会破裂、消失，而达不到灭火的目的。为此需要在溶液中添加泡沫稳定剂，从而增加泡沫表面的粘性，降低泡沫内气体的渗透性，使产生的泡沫能够稳定存在，在一定的时间内不会消失。泡沫稳定剂多数是一些持水性强的大分子或高分子物质，可用作泡沫稳定剂的物质包括一些醇、醚和酞胺类化合物，这些物质都能够延长泡沫的析液时间，增强泡沫的稳定性。

（三）耐液性添加剂

在用普通泡沫灭火剂扑救亲水性可燃液体火灾时，由于可燃液体的溶解作用使泡沫遭到破坏，会大大降低泡沫的灭火效率。在扑救此类水溶性液体火灾时，为使泡沫不受其破坏，就需要向泡沫灭火剂中加入耐液性添加剂，以提高泡沫在极性燃料中的稳定性。常用的可作耐液性添加剂的化合物有脂肪酸金属盐类、多糖等，这些物质大多数含有既疏水又疏油的表面活性剂和某些抗醇性高分子化合物，能使泡沫可溶性液体中具有良好的抗破坏性。

（四）助溶剂与抗冻剂

由于泡沫灭火剂中的发泡剂和其他添加剂的水溶性随温度的变化会发生很大变化，而泡沫灭火剂的使用温度变化范围又较宽，如普通泡沫灭火剂的使用温度一般为－5～40℃，抗冻型泡沫灭火剂的使用温度就更宽了，要使这些添加剂在此温度范围内都能溶解，不致因温度变化而影响其性能，则需要添加助溶剂。很多助溶剂还具有冰点降低作用，因此助溶剂的添加还能增强泡沫液的抗冻性能。常用的助溶剂与抗冻剂一般有短链一元醇、多元醇或多元醇的醚类、某些酞胺和无机盐等，这些化合物具有降低冰点、增强泡沫的抗冻性能的作用。

（五）其他添加剂

泡沫灭火剂除了添加以上所提及的添加剂外，还需要加入一些防蚀剂和防腐剂等其他添加剂。

无论是蛋白型泡沫灭火剂还是合成型泡沫灭火剂都有一定腐蚀性，在泡沫液中加入一些缓蚀剂，可以缓解泡沫液对容器的腐蚀。当前，可以抑制泡沫灭火剂浓缩液对金属腐蚀的缓蚀剂有很多品种，仅使用简单的无机物如钼酸钠、六偏磷酸钠等也可起到较好的缓蚀效果。

为了防止泡沫液储存中表面活性剂与其他有机添加剂被细菌分解而发生生物降解，多数泡沫液中也需要加入少量的防腐剂。防腐剂是抑制微生物生长的一类物质的总称。可用作防腐剂的物质有很多种，如醇类助溶剂即对很多种类的微生物生长有抑制作用。目前已知仅以“防腐”功能添加于泡沫灭火剂配方体系中的物质有甲醛、苯酚等简单的有机物。

除上述的一些添加剂外，有时为了使泡沫液达到某一独特的性能，还会添加其他一些助剂。它们的作用是能够在长时间使泡沫灭火剂以原液状态储存，从而达到更加理想的灭火效果。

实际上，以上所提及的各类添加剂并无严格划分，例如某些醇类可兼具抗冻、助溶和防腐的作用，而凝胶抗溶组分通常可提高灭火泡沫的表面黏度，从而起到泡沫稳定剂的作用。

二、泡沫灭火剂的灭火原理

泡沫是表面被液体包围的气泡群，它体积较小，密度范围在0.001g/ cm3～0.5g/cm3之间，远远小于一般可燃液体的密度，而且具有流动性、黏附性、持久性和抗烧性，因而可以漂浮或黏附于易燃或可燃物表面，或充满某一空间，形成一个致密的泡沫覆盖保护层，从而达到有效地控制和扑灭火灾的目的。灭火就是破坏燃烧条件使燃烧反应终止的过程。主要的灭火原理有以下几种：

（一）冷却作用

冷却作用是泡沫灭火剂灭火的重要作用。泡沫本身及从泡沫中析出的混合液—主要是水，可对燃烧物表面有冷却作用，在低倍数泡沫中，由于泡沫密度大，含水量高，冷却作用较为明显；此外，泡沫混合液产生的泡沫受热蒸发，产生的水蒸气，从火场中吸收大量的热量，起到降低火场温度的作用。

（二）隔离作用

由于灭火泡沫中充填大量气体，相对密度小，可漂浮于液体的表面，或附着于一般可燃固体表面，这样在燃烧物的表面就形成了一个泡沫覆盖层，这个泡沫层封闭了燃烧物表面，使燃烧物表面与空气隔离的同时，一方面可以隔绝火焰对燃烧物质表面热辐射，另一方面阻止可燃物的蒸发或热解挥发，使可燃气体难以进入燃烧区，使火焰中断了燃料来源，进而停止燃烧，因此，泡沫起到隔离灭火的作用。

（三）窒息作用

泡沫的窒息作用主要表现在可以降低燃烧物表面附近的氧浓度，直到使燃烧物与大气中的氧完全隔开。从泡沫刚刚施加到燃烧物表面时，这一作用就开始了。泡沫受到燃烧物表面的热作用以及火焰的热辐射作用，其中的水分在燃烧物表面气化，所产生的水蒸气稀释燃烧区氧气浓度，使燃烧物表面附近的氧浓度降低，削弱了火焰的燃烧强度，这有助于泡沫在燃烧物表面的积累和泡沫层的加厚。

泡沫的以上灭火作用相互交叠，从而达到灭火目的。从泡沫喷向燃烧表面到形成致密的泡沫层，此间泡沫与可燃液体的相互作用是多种现象的复合。图1-2是空气机械泡沫熄灭液体燃烧的示意图。

图1-2　空气机械泡沫熄灭液体燃烧的示意图

为简化这些现象的复杂性，将其分解成若干时间段：

1．扑救火灾时，在可燃液体表面上泡沫覆盖层的生成取决于可燃液体表面上泡沫破损速度与泡沫的喷射速度。如果喷射泡沫的速度超过其破损的速度，则在表面上会立即生成泡沫覆盖层，而且由于可燃液体被泡沫冷却，随着时间的增长，泡沫破损速度下降，同时泡沫层厚度的增长速度提高，泡沫在可燃液体表面上的流散速度也加快。如果泡沫供给速度小于泡沫的破损速度，则泡沫覆盖层不会立即形成，而是要经过一段时间，即可燃液体温度降低到使泡沫供给速度开始超过泡沫破损速度的时候，可燃液体受热层被泡沫冷却，使液体蒸发速度下降，由此使燃烧区的可燃物浓度减小，化学反应速度降低，放热速率降低，最终使燃烧温度降低。

2．可燃液体表面上的泡沫覆盖层一经生成，就可阻挡火焰辐射热流流入可燃液体表面，并能冷却液体的表面受热层。这将导致可燃液体受热层温度下降，由此将减少进入燃烧区的蒸发量，氧化反应速度下降，放热量减少，燃烧温度下降。

3．待液体表面的泡沫层达到一定厚度时，泡沫层就能阻挡可燃液体蒸气进入燃烧区，因而泡沫将可燃液体与燃烧区隔绝，燃烧也就停止。

用泡沫灭火，除了上述的一些基本因素之外，同时还伴随一些附加因素：

1．水蒸气稀释燃烧区的可燃物浓度：泡沫破损时，泡沫剂溶液一部分蒸发，一部分向下流，生成的蒸气跟可燃液体蒸气一起进入燃烧区，因而使燃烧区的可燃物浓度减小，进而使放热反应速率和燃烧温度减低。

2．水蒸气稀释燃烧区的氧气浓度：泡沫破损生成的蒸气在稀释燃烧区的可燃物浓度的同时，燃烧区的氧气浓度也得到稀释，降低了火焰燃烧的强度。

3．水蒸气冷却燃烧区：进入燃烧区的水蒸气不仅减小区内空间中的可燃物浓度，而且能冷却这个区。这将增加反应区的热损失，进而降低燃烧温度。因此，当向可燃液体表面供给泡沫层的厚度使可燃液体蒸气不能穿过它进入燃烧区时，就可达到完全灭火的目的。所以，空气机械泡沫属于隔绝灭火剂。