Пенообразователь

Пенообразователь — это химическое вещество или композиция веществ, способная при смешивании с водой и последующем насыщении воздухом (или другим газом) образовывать устойчивую пену. Пенообразователи используются для создания пен различного назначения, от пожаротушения и очистки поверхностей до производства строительных материалов и пищевых продуктов. Основным свойством пенообразователя является его поверхностная активность, то есть способность снижать поверхностное натяжение воды, что позволяет образовывать пузырьки газа, стабилизированные тонкой плёнкой жидкости.

История

Использование пен для практических целей известно с древности. В Древнем Риме для тушения пожаров применяли уксус, который при смешивании с содой образовывал пену. Однако систематическое изучение пенообразования началось в XIX веке. В 1877 году немецкий химик Карл Шееле впервые описал процесс получения пены с помощью мыла. В начале XX века, с развитием химической промышленности, были синтезированы первые синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые легли в основу современных пенообразователей.

В 1920-х годах в США и Европе начали активно применять пенообразователи для пожаротушения, особенно на нефтеперерабатывающих заводах и в авиации. В СССР первые промышленные пенообразователи (например, ПО-1) были разработаны в 1930-х годах. В послевоенные годы, с развитием нефтехимии, появились фторсодержащие пенообразователи, обладающие высокой устойчивостью к воздействию огня и химических веществ.

Классификация

Пенообразователи классифицируются по нескольким признакам: химическому составу, кратности пены, назначению и области применения.

По химическому составу

• Синтетические углеводородные (S) — производятся на основе алкилсульфатов, алкилбензолсульфонатов и других синтетических ПАВ. Обладают хорошей пенообразующей способностью, но менее устойчивы к воздействию масел и спиртов.
• Протеиновые (P) — изготавливаются из гидролизованных белков (например, из отходов кожевенного производства). Образуют плотную, устойчивую пену, хорошо прилипающую к поверхностям. Используются в основном для тушения пожаров класса A и B.
• Фторсинтетические (AFFF, FFFP) — содержат фторированные ПАВ, которые значительно снижают поверхностное натяжение воды и обеспечивают высокую устойчивость к горючим жидкостям. Применяются для тушения пожаров нефтепродуктов и спиртов.
• Фторпротеиновые (FP) — комбинация фторированных ПАВ и протеиновых компонентов. Обладают повышенной устойчивостью к термическому воздействию.
• Спиртоустойчивые (AR) — специальные пенообразователи, способные образовывать пену на поверхности полярных жидкостей (спирты, ацетон, кетоны). Содержат полимерные добавки, образующие на поверхности жидкости защитную плёнку.

По кратности пены

Кратность пены — это отношение объёма полученной пены к объёму исходного раствора пенообразователя. Различают:

• Низкократные (до 20) — образуют плотную пену с крупными пузырьками. Используются для тушения пожаров на открытых площадках и в резервуарах.
• Среднекратные (от 20 до 200) — наиболее распространённый тип. Применяются для тушения пожаров в помещениях, на транспорте и в промышленности.
• Высокократные (свыше 200) — образуют лёгкую, воздушную пену, которая заполняет большие объёмы. Используются для тушения пожаров в подвалах, тоннелях и на складах.

По назначению

• Пожарные пенообразователи — предназначены для тушения пожаров классов A (твёрдые горючие вещества) и B (жидкие горючие вещества).
• Пенообразователи для технической очистки — используются для мойки оборудования, дезактивации и удаления загрязнений.
• Пенообразователи для строительства — применяются в производстве пенобетона и газобетона.
• Пищевые пенообразователи — используются в производстве кондитерских изделий (например, для взбивания сливок или яичных белков).

Устройство и принцип действия

Пенообразователь представляет собой концентрированный раствор ПАВ в воде, часто с добавлением стабилизаторов, загустителей, антифризов и других вспомогательных веществ. Принцип действия основан на адсорбции молекул ПАВ на границе раздела фаз «жидкость — газ». Молекулы ПАВ ориентируются таким образом, что гидрофильная (полярная) часть находится в воде, а гидрофобная (неполярная) — в газовой фазе. Это снижает поверхностное натяжение воды и позволяет образовывать пузырьки газа, которые не сливаются друг с другом.

Для получения пены необходим также источник газа (воздух, азот, углекислый газ). В пожарных стволах-пеногенераторах воздух засасывается в поток раствора пенообразователя за счёт эжекции. В промышленных установках для получения пенобетона используется сжатый воздух или пар.

Применение

Пожаротушение

Пенообразователи являются основным средством для тушения пожаров классов A и B. Пена изолирует горящее вещество от кислорода воздуха, охлаждает его и препятствует выделению горючих паров. В России и странах СНГ наиболее распространены пенообразователи марок ПО-6, ПО-12, ПО-ЗА, а также фторсинтетические «Подслойный» и «Универсальный». Для тушения пожаров на нефтебазах и химических предприятиях применяются спиртоустойчивые пенообразователи.

Промышленная очистка

В промышленности пенообразователи используются для мойки оборудования, трубопроводов и резервуаров. Пена эффективно удаляет масла, жиры, сажу и другие загрязнения, не повреждая поверхность. В атомной энергетике пенообразователи применяются для дезактивации радиоактивных загрязнений.

Строительство

В производстве пенобетона и газобетона пенообразователи (например, «Пеностром» или «ПБ-2000») обеспечивают образование равномерных пор в бетонной смеси, что придаёт материалу лёгкость и теплоизоляционные свойства. Пенообразователи также используются при изготовлении пенопластов и пенополиуретанов.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности пенообразователи (например, моно- и диглицериды жирных кислот, лецитин) используются для взбивания сливок, яичных белков, приготовления муссов и суфле. Они также применяются в производстве пива для образования пены.

Другие области

• Горнодобывающая промышленность — для пылеподавления и флотации руд.
• Сельское хозяйство — для обработки растений и почвы.
• Косметология — в производстве шампуней, пен для ванн и гелей для душа.

Экологические аспекты

Большинство синтетических пенообразователей, особенно фторсодержащие, обладают низкой биоразлагаемостью и могут накапливаться в окружающей среде. Фторированные ПАВ (перфтороктановая кислота и её производные) признаны стойкими органическими загрязнителями и подлежат ограничению в рамках Стокгольмской конвенции. В России и других странах разрабатываются биоразлагаемые пенообразователи на основе природных ПАВ (например, из растительных масел или сахарозы). При утилизации отработанных растворов пенообразователей требуется их нейтрализация или очистка.

Интересные факты

• В 1960-х годах в СССР был разработан пенообразователь «ПО-1», который использовался для тушения пожаров на нефтяных скважинах и в резервуарах. Он до сих пор применяется в некоторых регионах.
• Для тушения пожаров на полярных жидкостях (спирты, ацетон) требуется специальный пенообразователь, так как обычная пена быстро разрушается на их поверхности.
• В пищевой промышленности пенообразователи могут быть как натуральными (например, яичный белок), так и синтетическими (например, эфиры сахарозы).

Источники

• ГОСТ Р 50588-2018 «Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний».
• Шароварников А.Ф., Молчанов В.П. «Пенообразователи и пены для тушения пожаров». — М.: Пожнаука, 2005.
• Корольченко А.Я. «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов». — М.: Ассоциация «Пожнаука», 2004.
• «Химия и технология поверхностно-активных веществ» / Под ред. А.А. Абрамзона. — Л.: Химия, 1981.
• Материалы Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны (ВНИИПО МЧС России).