апли

го периода растекания капли и в этом случае следует использо расчетные соотношения для вязкого режима растекания капли

5.1.2. Смачивание пористых материалов

При попадании жидкости на пористую поверхность, такую к ткани, хлопок, торф, древесина, процессу растекания будет предще* ствовать капиллярная пропитка водой вглубь материала. Для таких горючих материалов, как торф или хлопок, растекание в чистом виде проявится только на завершающей стадии тушения, поэтому опреде ляюшим здесь будет капиллярное смачивание.

Условием капиллярного смачивания, так же как и растекания является меньшее чем 90° значение краевого угла смачивания. Только в этом случае появится движущая сила смачивания - капиллярное давление, и жидкость под действием атмосферного давления будет впитываться в поры твердого материала, причем усилие будет тем выше, чем меньше размер пор. Схема смачиваемой и несмачиваемой капиллярно-пористой системы рассмотрена ниже на рис. 5.4.

Для несмачиваемой поверхности в капилляре формируется мениск жидкости выпуклой стороной, направленной в глубь канала Поскольку давление воздуха над выпуклой поверхностью выше атмосферного, то жидкость в капилляр не проникает и внутренняя поверхность материала смачиваться не будет.

Р- атмосферное давление

Р, > Ро Ра < Ро

капилляр-ДР2>ДР1

Рис. 5.4. Схема фрагментов процесса смачивания и растекани водного раствора по твердой поверхности. Пояснения в тексте

Вода в виде ручейков будет стекаться на землю, практически не участвуя в процессе тушения и не препятствуя его распространению пламени. Поверхность остается практически сухой, несмотря на то.

inn ней протекала вода. Добавление в раствор молекул поверхно-ио активных веществ - смачивателей резко снижает краевой угол чивания жидкостью твердой поверхности, поэтому мениск внут-капилляра формируется вогнутым в сторону канала, свободного от растворе- Параметры смачивания гидрофобной ткани водными растворами лаурилсульфата натрия представлены в табл. 5.1.

Давление воздуха над вогнутой поверхностью ниже атмосферного на величину

AP = 2a/R, (5.6)

!де0 поверхностное натяжение раствора; R - радиус капилляра.

Таблица 5.1

Параметры смачивания гидрофобной ткани водными растворами лаурилсульфата натрия

Под действием перепададавлештяЛР раствор будетперемещать-ся в т«лщу пористой системы, причем глубина смачивания будет он-ределяться по формуле:

ч"2

(7 • RcosO

Скорость смачивания найдем, преобразовав предыдущую формулу:

и, = А/г",

(5.7)

(5.8)

1Де1

о R-cose Л

(5.9)

Из формулы следует, что скорость пропитки будет снижат временем или с глубиной пропитки: *

(5.10)

a/?cos0

Скорость смачивания гидрофобной ткани водными растворами лилсульфата натрия различной концентрации приведена в табл. 5 2

5.7.5. Кинетика формирования поверхности в водных рас-творах поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Кинетика адсорбции ПАВ изучена методом взвешивания капель раствора. В качестве объектов исследования были выбраны растворы ионных и неионных ПАВ: лаурилсульфата натрия (ЛСН), додецилбен-золсульфоната аммония (ДЦБСА), оксиэтихгарованного бутилфенола с числом оксигрупп 13 (БФ-13), оксиэтилированного нонилфенолас числом оксигрупп 7 (НФ-7), технических ПАВ - пенообразователей ПО-ЗА (вторичные алкилсульфаты натрия) П0-1Д (алкиларилсуль-фонаты натрия).

Таблица 5.2

Влияние концентрации лаурилсульфата на скорость смачивания

ткани

Для иллюстрации процесса формирования адсорбционного слоя на границе раздела раствор-воздух на рис. 5.5 представлена зависимость поверхностного натяжения растворов ПО-ЗА от времени.

Для всех изученных ПАВ поверхностное натяжение раствсэов со временем снижалось, асимптотически приближаясь к равновесному значению. Для разбавленных растворов время достижения равновесия составляло несколько часов, но при содержании ПАВ более 2,0 % (масс.) период формирования поверхностного слоя уменьшался до нескольких десятков секунд.

е ККМ для каждого вещества определяем по зависимости №0 поверхностного натяжения от логарифма концентрации ПАВ.

Рис. 5.5. Зависимость

Концентрация, % масс

времени формирования поверхностного слоя от концентрации растворов ПАВ: 1-вторичные алкилсульфаты натрия (ПО-ЗА); 2 - алкиларилсульфона-ты - пенообразователь ПО-1Д; 3 - лилсуль-фат натрия; 4 - додецел-бензолсульфонат натрия;

5 - изооктилфенол окси-этилированный (ОП-7);

6 - оксиэтилированный бутилфенол (п = 13)

5.1.4. Определение минимальной концентрации смачивателя для тушения пожаров гидрофобных материалов

Вода практически не смачивает поверхность торфа, хлопка, угля и резинотехнических изделий. Соответственно краевой угол смачивания водой этих материалов больше 90", поэтому самопроизвольное смачивание и пропитка таких материалов, называемых гидрофобными, невозможна. Если в качестве модели гидрофобного высокодисперсного материала взять необработанную хлопковую ткань- саржу то можно рассмотреть качественную картину влияния добавок смачивателей - поверхностно-активных веществ на характер взаимодействия раствора и гидрофобной поверхности.

Без добавок смачивателей капля или слой раствора будет находиться на поверхности ткани, практически ее не смачивая. По мере увеличения концентрации ПАВ форма капли будет меняться,

зугол смачивания постепенно будет снижаться от величин 180...150 до 90"

При достижении величины 90" и ниже произойдет качественное изменение состояния капли - она постепенно начнет растекаться по

поверхности ткани и одновременно впитываться, проникатьJ ткани. Время прохождения раствором слоя ткани толщиной О S составит 100...300 с, т. е. скорость пропитки очень мала - примеп!)Ш 0,0002 мм/с (0,2 мкм/с).

При больших концентрациях смачивателя угол смачивания j тигает величины 50...60°, при этом скорость смачивания возра резко на 2...3 порядка, достигая величины 0,02...0,05 мм/с.

Таким образом, постепенное увеличение содержания ПА1 в растворе ведет к изменению характера смачивателя - привод к инверсии смачивания, т. е. до концентрации ПАВ, меньшей конца трации инверсии смачивания (КИС), раствор выталкивается из пс гидрофобной ткани, а при концентрации ПАВ, большей КИС, ж] кость самопроизвольно затекает в капилляры пористой системы.

Поэтому величина КИС является минимальной предельной концентрацией смачивателя, при которой еще происходит смачив ткани, но с очень низкой скоростью.

Характерная зависимость величины капиллярного давления i чивания водного раствора от содержания ПАВ приведена . рис. 5.6. Участок кривой до С = С, получен путем вдавливай» раствора за счет создаваемого перепада давления, а участоь соответствующий С > С, получен путем компенсации внешнм давлением капиллярного давления смачивания в порах ткани.

Рис. 5.6. Зависимость капиллярного давления смачива- ния пористого материала от i

поверхностно;

центрации активных веществ

На графике величину С, находили экстраполяцией прямьк пересечения с осью абсцисс.

Точка пересечения отвечает величине cos в = 0 ив = 90 грг а повышение концентрации над ведет к снижению 0 и к смачиванию поверхности.

В табл 5.3 приведены результаты расчета смачивающей способ-и величины критических концентраций мицелло-образования "°"> которые определяли по изомерам поверхностного натяжения.

щей смачивающей способностью обладают растворы ПАВ-ПОЭ а катионные соединения ЦПХ имеют самуто высокую концент-ацию инверсии смачивания (КИС) и наихудшую смачивающую способность.

Таблица 5.3

Смачивание гидрофобной ткани растворами ПАВ

Молекулярный вес поликомпонентного состава принят равным 300. * - « = (dcosw/dc),,.

Вещества в табл. 5.3 расположены в порядке убывания смачивающей способности. Одновременно со снижением величины уменьшается и концентрация инверсии смачивания ткани.

Сопоставление числовых значений и ККМ показывает, что нал " " ПО-ЗА начинают смачивать ткань при концентрациях вину меньше, чем критическая концентрация мицеллообразо-f[Q пропитка обеспечивается молекулярной адсорбцией. Для мПЛ смачивание наблюдается при концентрации в 4...5 раз