火灾按国家标准(GB/T 4968-2008)可分为六类，可燃固体（A类）火、液体（B类）火、气体（C类）火、可燃金属（D类）火、电气（E类）火和烹饪（F类）火。其中，B类火灾具有爆炸性、高温高辐射、火区大、复燃、飞溅等危险特性，是最难以扑灭的火灾，严重威胁生命财产安全（图1）。因此，需要一种有效、高效的灭火剂来快速响应B类火灾。泡沫灭火剂可利用水的冷却作用以及泡沫的窒息作用快速、有效扑灭B类火灾。蛋白泡沫（PF）和水成膜泡沫（AFFF）是专门针对B类火灾而开发的特种灭火剂。其中，蛋白泡沫因其较好的灭火性能、低成本、低毒、易降解等优点曾经一度受到广泛应用。然而，蛋白泡沫的大量使用也暴露其一些弊端。蛋白的主要基料是动物蛋白，其水解产物中的含硫化合物被水解生成无机硫化合物和含硫残基，导致蛋白泡沫存储一段时间后容易产生难闻的“恶臭”味。另外，蛋白泡沫还普遍存在着生产工艺污染大、产品质量不稳定和存储期较短等问题，特别是废旧泡沫液的排放，已经引起环保部门的关注。
图1 B类火宅的危害
水成膜泡沫则不存在以上问题，其主要由氟表面活性剂与碳氢表面活性剂以及助剂复配得到，是性能更为优良的一种特种B类火灾灭火剂，能够在液烃表面形成水膜，利用水膜的物理封闭隔氧作用和泡沫的覆盖冷却双重机制起到快速灭火和抗复燃的作用。几十年来，基于全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)及其衍生物的氟表面活性剂已广泛用于AFFF。然而，毒性研究表明PFOA/PFOS类长全氟碳链表面活性剂的长期使用会导致人类和生物体的生殖毒性、肝毒性、内分泌毒性、发育毒性和神经毒性，且由于氟碳键过于稳定，自然条件下很难通过酶或新陈代谢降解，因而还具有生物聚集、难降解等环境问题。
本文以丁基黄酰氟为含氟前体原料，合成了一种短全氟含氮杂环非离子氧化胺型表面活性剂，并与碳氢表面活性剂、抗冻剂、稳泡剂、增稠剂等复配获得了一种AFFF产品（图2）。
图2. 短全氟含氮杂环非离子氧化胺型表面活性剂的合成路线及复配示意图
通过实小规模实验室性能测试研究了配方的泡沫、铺展、灭火和抗烧性能，建立了一种用于评判发泡倍数、析液时间、铺展系数、灭火时间和抗烧时间的实验室标准。利用该标准对配方进行优化，获得了一种效果优异的AFFF产品，并在专业消防机构（湖北宏鑫消防技术开发有限公司）进行了灭火和抗烧性能测试（图3a和3b）。强施放灭火时间为1 min，缓施放灭火时间为0.8 min，抗烧时间为18.6 min，发泡倍数为8.11，25%析液时间为4.6 min，各项指标均大大优于国家标准，表明该类型的灭火剂具有消防应用的潜力。
图3a. AFFF产品的灭火性能测试（a：充分燃烧1 min；b：1分2秒时开始喷射泡沫；c：灭火过程中；d：1分50秒时火完全熄灭）
图3b. AFFF产品的抗烧性能测试（a：继续喷射3 min的泡沫；b：点燃抗烧罐中的汽油；d：抗烧12 min时；e：抗烧18 min时）
本工作由汉江师范学院化学与环境工程学第一单位完成，论文发表在国际知名期刊Chemical Papers上，本文第一作者为学院吴文海教师，通讯作者为学院前院长孙勇教师。论文网站（https://link.springer.com/article/10.1007/s11696-023-02975-1）
