выше ККМ и реализуется за счет адсорбции мицеллярных комп сов ПАВ. Несмотря на одинаковый «мицеллярный механизм» смац" вания ПОЭ обладают резко выраженной смачивающей способност ((У = 118 МОЛЬ") в отличие от ЦПХ (to = 2,0 моль).

Абсолютное значение величины концентрации инверсии смачи вания может быть использовано для определения оптимального со держания ПАВ в растворе смачивателя, используемого для пропитки горючих высокодисперсных систем (например, торфа, хлопка и ткан-ных материалов). Впитывание раствора в капилляры дисперсной системы будет продолжаться до тех пор, пока содержание ПАВ обеспечивает жидкости угол смачивания в < 90", что реачизуется при С > Чем выше дисперсность материала, тем больше его удельная поверхность. По мере пропитки раствор теряет молекулы ПАВ, которые адсорбируются на поверхности гидрофобной ткани, способствуя смачиванию и протеканию воды. Чем большую поверхность предстоит смочить, тем выше должна быть исходная концентрация смачивателя.

Необходимое содержание ПАВ в смачивателе может быть определено по формуле

C=Q + r„S. (5.11)

где С- минимальное содержание ПАВ в 1 л раствора смачивателя; Г„ - предельная величина адсорбции; S - суммарная поверхность дисперсной системы, подлежащая смачиванию (пропитке).

Произведение Г„5 отвечает убыли от исходной концентрации смачивателя, пошедшей на формирование мономолекулярного адсорбционного слоя в процессе протекания водного раствора. Если известна удельная поверхность образца, то

C = rF=rXV. (5.12)

где S„ - удельная поверхность; V- объем системы.

При смачивании тканного материала с известной пористостью и средним радиусом ниток г формула (5.12) может быть представлена в следующем виде:

С=2Г„К/(1+40,-. (5

Откуда концентрация смачивателя в растворе составит

С = Q + 2ГУI (1 + Щг . i-

Уравнения (5.13) и (5.14) отражают потенциальную возможность смачивания, но не дают сведений о кинетике процесса пропитки.

Для описания кинетики смачивания пористого материала, при режиме смачивания, необходимо иметь структурную харак-

тику дисперсной системы (величины Ф и S„): для тканных ма-иалов диаметр нитей d или средний радиус пор г и их длину /, дний диаметр и длину частиц для образцов типа торфа, а также асорбционные параметры ПАВ (максимальную адсорбцию и смачивающую способность, поверхностное натяжение и вязкость раствора).

Расчетное соотношение базируется на следующих положениях. В процессе пропитки за счет обеднения раствора по ПАВ изменяется угол смачивания от cos - начального значения до cos в/ - минимального значения, при котором еще обеспечивается заданный режим смачивания (зависимость скорости пропитки от времени).

Изменение cos0 обусловлено убылью молекул ПАВ и может быть выражено, с учетом (5.13) и (5.14), соотношением

Acose" =a)AC = mVrX = o}[2yrJ(H4i)]. (5.15)

Начальное значение угла натекания определяется исходной концентрацией ПАВ

coses = (oC. (5.16)

Минимальный краевой угол смачивания, обеспечивающий режим смачивания с линейной скоростью U,, получен из формулы (1.12)

COS0/= 2С » пт. (5.17)

По условию, смачивание со скоростью U, будет иметь место, если косинус угла смачивания будет не ниже cosy; т. е.

cos6is - cose = cosOf. (5.18)

Учитывая выражения (5.15), (5.16) и (5.17), получим формулу, связывающую концентрацию смачивателя с кинетическими и адсорбционными параметрами раствора и дисперсной системы:

cos0/= [lU/tj/roa)] + [2Vrj(l+4f )] UV [(l+W ) (С-<у ar - 2[ г;)]/(2Го шат).

(5.19)

(5.20)

По формуле (1.20) можно оценить объем дисперсной системы, •которая может быть пропитана раствором с известной концентрацией при заданном режиме пропитки.

5.J.5. Закономерности растекания капель воды по п I

ти углеводородов РхносА

Растекание капли воды по поверхности жидкости опред

величиной и знаком поверхностного давления, которое действует периметру смачивания (константе) жидкости и раствора. Движущ силу растекания определяют величиной коэффициента растекания" по формуле (5.1). "В

Величины составляют 20...30 мН/м; величина межфазниЯ натяжения о. = 1... 10 мН/м. Поэтому, чтобы обеспечить растеканиИ капли по углеводородам, которые имеют о„ = 22 мН/м, необходимЯ иметь водный раствор с о = 17 мН/м. В этом случае/ 3...4 мН/м. " ~М

Получить столь низкие значения поверхностного натяжение можно только с помощью фторсодержащих поверхносттю-активных веществ.

Особая структура этих молекул позволяет настолько ослаби взаимодействие молекул воды в поверхностном слое, что его величина снижается с 72 до 15... 18 мН/м. Следует отметить, что поверхностное натяжение водных растворов обычных пено образователей составляет 32...36 мН/м.

Вторая особенность этих веществ - инертность к действию леводородов, с которыми растворы ФПАВ не смешиваются и не ра створяются взаимно.

В момент попадания капли распыленного раствора ФПАВ на поверхность бензина формируется профиль контакта на границе соприкосновения несмешивающихся жидких фаз. Профиль линии контакта рассмотрен на схеме (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Схема распределения сил при первичном контакте водной капли с углеводородом

больше объем капли, тем глубже погрузится капля ЧУЮ жидкость. В соответствии с законом Архимеда вес кагши, женной в воду, будет меньше на величину вытесненной каплей ""ей жидкости. Но и этого достаточно, чтобы капля быстро пзузилась бы в менее плотную органическую среду Ы "° Удержаться на поверхности капля может, если по периметру W ,ачивания возникнет дополнительное подъемное усилие, которое превысит вес капли. Эта сила является разницей проекций о. и ар.„ Ц на вертикаль, проходящую через линию смачивания. W Найдем минимальное значение этой силы, которое обеспечивает

удержание на поверхности капли раствора: к 2лЯ (ар.„ cose о-р, cosy) = V, (р - pjg (5.21)

" Представим объем погруженной части капли в виде полушария,

(так как о.,со8в -ap.cosy =-Х-Преобразуем уравнение относительно радиуса капли: и coon Т

R=3fJApg

(5.22)

и соответственно

1/3(фяЛ0 . (5.23)

То есть радиус капли, удерживающейся на поверхности за счет действия поверхностных сил, однозначно связан с величиной этих сил; и чем больше площадь проекции капли, тем больше должна быть

(вертикальная составляющая поверхностного давления. Если размер капель будет больше, чем это следует из расчета, то они не задержатся на поверхности и упадут на дно емкости. Значение °р-. = 17 мН/м является предельным, выше которого снизится скорость растекания капли, поскольку движущей силой растекания является разностьа„. -о- о-JneHHM скорость растекания раствора на ГЖ. Капли воды растекаются слоем конечной толщины под действием поверхностного давления, максимальная величина которого определяется коэф-нтом растекания f. Действующие значения могут бьггь несколько как Рсчитанные по разнице поверхностных натяжений, что, пгл из схемы, связано с формированием вогнутого мениска

иметру растекания капли.

Сила трения движущегося слоя о поверхность Блазиусом (1908 г.) ость ГЖ рссчщ

/7-/> = 0,3(г7рСЛ)>«(,./,.д

Пленка растягивается под действием поверхностного давлеа равного

Приравняв силу трения к силе двухмерного давления, получим и =2,1 fjT]pr\n{rlr). (5.26)

Величина , как правило, не превышает 210" Н/м; t] = МО- Пас; р = 1000 кг/м; г„ = SIO" м; г= МО" м; Д = 110Н/м.

Если исходная капля крупнее, например г„ = I мм, то U = 50 мм/с. При мелком распыле размер капель составляет 100... 200 мкм, т. е. г„ s 0,1 10 м. Определяем время, необходимое для покрытия поверхности с радиусом 10 мм = 1 • 10" м: I

Время покрытия составляет 0,03 с. Чем крупнее капля, тем меньше скорость ее растекания.

5.2. Пенообразователи и поверхностно-активные вещества для тушения пожаров

Выделение противопожарной пены из всего многообразия вспененных объектов связано, в первую очередь, со спецификой способа их получения-образования пены на сетках. Этим способом формирования пенной структуры происходит за доли секунды и здесь определяющими являются свойства смачивающих пленок на сетке и свободных пленок в процессе их быстрой деформации и контактного взаимодействия.

Важнейшим показателем, характерным для процесса образования противопожарной пены является полнота использования воздуха, поданного на образование пены, и критическая скорость формй рования пены, превышение которой вызывает сбой процесса.

Вторым характерным аспектом противопожарной пены является ее контактная устойчивость на поверхности отдельных химических соединений, определяющая эффективность процесса туше и предотвращения повторного возгорания жидкости.

Наконец, сочетание специфического способа образования пены f жностью изменения состава пенообразующей композиции ставить вопрос о направленном регулировании физико-"" ескйх свойств пены как путем изменения режима образования "" так и варьированием рецептурой пенообразователя.

Основная трудность при изучении пены заключается в невозможности создания ее эталонного образца.

Огнетушащая эффективность пены определяется комплексом физико-химических параметров. Причем в зависимости от назначения важнейшими свойствами пены могут быть такие, как изолирующая способность, термическая устойчивость, вязкость, предельное сдвиговое напряжение, кратность, самопроизвольное растекание и т. д. I Обеспечение этих свойств осуществляется путем выбора состава пенообразующего раствора и способа получения пены.

1Обычно применяемые для пожаротушения пенообразователи представляют собой концентрированные растворы ПАВ. Для получения пенообразующего раствора исходный пенообразователь разбавляют водой до концентрации 3 или 6 % об. Концентрация рабочего раствора зависит от типа пенообразователя. Например, пенообразователь ПО-ЗАИ (ИВА) применяется . в 3-процентной концентрации, а ПО-1Д-в 6-процентной. Такое различие связано с природой поверхностно-активных веществ (ПАВ), на основе которых изготовлены эти пенообразователи.

Химическое строение и состав молекул ПАВ определяют характер взаимодействия пены с горючей жидкостью, что в итоге отразится на «загрязнении» (сорбции) пены горючим, на самопроизвольном растекании пены и водного раствора по углеводородам и в обеспече-НИИ контактной устойчивости пены на полярных жидкостях, таких как I ""зкомолекулярные спирты.

Природа молекул ПАВ определяет возможность образования пены высокой кратности, необходимой для тушения пожаров в трю-lax кораблей и складских помещений.

Пенообразователи (пенные концентраты) представляют собой Ш Или "°""™ые водные растворы, в состав которьгх входят одно I Иг ВИДОВ ПАВ, добавки, обеспечивающие термическую

Н Рематическую устойчивость пены, низкую температуру замер-