Поверхностно-активные вещества и пенообразователи

Поскольку чистые жидкости имеют большое поверхностное натяжение, для получения пены в систему необходимо вводить добавки, понижающие поверхностное натяжение воды. В качестве этих добавок, называемых пенообразователями, могут применяться некоторые природные (сапонин, экстракт солодкового корня и др.) и синтетические (алкилсульфаты, алкилсульфонаты и др.) поверхностно-активные вещества.

Свойства ПАВ понижать поверхностное натяжение на границе раздела жидкость - газ обусловлены способностью молекул ПАВ собираться на поверхности раздела фаз. Это, в свою очередь, определяется строением молекул ПАВ. Молекула ПАВ состоит из гидрофобной части (углеводородная цепь) и гидрофильной группы, способной гидратироваться. При введении в жидкость ПАВ происходит адсорбция молекул последнего на поверхности раздела с газовой средой, т.к. молекулы ПАВ вытесняются из раствора на поверхность из-за плохой совместимости гидрофобной части молекул с водой. Образуется своеобразный поверхностный слой, в котором молекулы ПАВ ориентированы таким образом, что гидрофильная часть находится в одном растворе, а гидрофобная – направлена в сторону газовой фазы (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема образования пузырька пены: а - адсорбционный слой; б - пузырек пены; в - гидрофобная часть молекулы ПАВ; г - гидрофильная часть молекулы ПАВ

Классификация ПАВ основана на особенностях строения их молекул. По этому принципу все ПАВ можно разделить на следующие группы:

- ионогенные, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы. Они, в свою очередь, подразделяются на анионоактивные (заряжают поверхность раздела отрицательно) и катионоактивные (заряжают поверхность положительно).

Поверхностная активность анионоактивных ПАВ обусловлена анионами. К ним относятся соли, образованные щелочными металлами и жирными кислотами, алкилсульфаты и алкилсульфонаты щелочных металлов и др. При их растворении происходит диссоциация с образованием активных анионов:

CH₃(CH₂)₁₀COONa Û CH₃(CH₂)₁₀COO^- + Na⁺.

Поверхностная активность катионоактивных ПАВ определяется катионами. Этот класс соединений включает соли органических аминов, алкилпиридиновые соли, четвертичные аммониевые соли. Например, при растворении в воде последних происходит их диссоциация с образованием активных катионов:

[CH₃(CH₂)₁₀N⁺(CH₃)₃]Cl^- Û [CH₃(CH₂)₁₀N⁺(CH₃)₃]⁺ + Cl^-.

- неионогенные, которые при растворении в воде не диссоциируют на ионы. Они не изменяют заряд на поверхности раздела жидкость - газ. Растворимость неионогенных ПАВ зависит от сродства к воде функциональных групп, а поверхностная активность их обусловлена дифильным строением молекул. К таким веществам относятся оксиэтилированные жирные спирты, кислоты, фенолы, амины, амиды и т.д. (например, оксиэтилированный бутилфенол C₄H₉ - C₆H₅ - (CH₂CH₂O)₇H).

Существуют ПАВ, которые в зависимости от рН раствора могут проявлять анионоактивные (в щелочной среде, рН>7) или катионоактивные (в кислой среде, рН<7). Они называются амфотерными или амфолитными. Подобными свойствами, например, обладают алкиламинокислоты.

Пенообразователи представляют собой концентрированные водные растворы ПАВ, содержание которых обычно составляет 25 - 30 масс. % в пересчете на активное вещество. Рабочие растворы, из которых непосредственно готовят пену, содержат 0,1 - 0,2 масс. % ПАВ.

Пенообразователи (ПО) подразделяются на две группы: общего и целевого назначения. ПО целевого назначения используются для получения пены при отрицательных температурах, из воды, содержащей достаточно большое количество минеральных солей и т.д.

Пенообразователи общего назначения представляет собой раствор вторичных алкилсульфатов натрия R₂CH-OSO₂ONa, где R - углеводородный радикал. В молекулах указанных веществ может содержаться до 18 углеродных атомов. Используется для тушения пожаров классов А и В, содержит ингибитор коррозии для снижения коррозионной активности.

Пенообразователи целевого назначения «САМПО» также готовится на основе вторичных алкилсульфатов. Он включает в себя стабилизирующие добавки. Последнее обстоятельство обусловливает его повышенную огнетушащую эффективность. Под воздействием микрофлоры почв и водоемов Пенообразователи «САМПО» разлагается, т.е. является биологически «мягким». Его используют для тушения пожаров классов А и В. Так как с его помощью можно приготовить пену любой кратности, данный пенообразователь может применяться для объемного тушения пожаров. Он содержит добавки ингибиторов коррозии [5].

Пена, полученная с использованием этих пенообразователей быстро разлагается на полярных органических жидкостях и поэтому не может применяться для их тушения.

Следует отметить, что рассматриваемые пенообразователи не способны к самостоятельному горению, но могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при обычной температуре. В связи с этим при обращении с ними запрещается пользоваться открытым огнем и другими источниками зажигания. В то же время их рабочие растворы пожаровзрывобезопасны.

Кроме пенообразователей, упомянутых выше, в подразделениях пожарной службы стран СНГ нашли широкое использование пенообразователи ПО-1, ПО-1Д, ПО-1С, ПО-6К, ПО «ТЭАС», ПО «МОРОЗКО», ПО «Полюс», ПО «ФОРЭТОЛ», ПО «Универсальный» и др.