Szkoła Główna Służby Pożarniczej
Zakład Środków Gaśniczych
Instrukcja do ćwiczenia
„Zdolność pianotwórcza”
SGSP Warszawa 2013 r.
1
Zdolność pianotwórcza jest wielkością związaną z procesem wytwarzania pian. Za zdolność
pianotwórczą najczęściej uważa się objętość piany uzyskaną z określonej objętości cieczy, w
przypadku środków pianotwórczych – wodnego roztworu środka pianotwórczego. Zdolność
pianotwórcza zależna jest od wielu czynników. Zdolność do wytwarzania pian determinuje
przede wszystkim skład koncentratu środka pianotwórczego. Środek pianotwórczy to
mieszanina wielu substancji: związków powierzchniowo-czynnych, rozpuszczalników,
stabilizatorów, substancji obniżających temperaturę krzepnięcia i lepkość, konserwantów.
Skład środków pianotwórczych nawet tego samego typu może różnić się diametralnie.
Zdolność pianotwórcza zależeć więc będzie nie tylko od ilościowego, ale także od
jakościowego składu koncentratu środka pianotwórczego. Stąd należy wnioskować, że
zdolność pianotwórcza zależeć będzie na pewno od rodzaju środka pianotwórczego (S, P, FP,
FFFP, AFFF).
Zdolność pianotwórcza zależy także od czynników zewnętrznych:
- stężenia w roztworze wodnym,
- temperatury roztworu,
- rodzaju i jakości wody, w tym zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie.
Wyniki badania zdolności pianotwórczej zależeć będą także od sposobu badania. Niektóre
metody badań mogą nie wykazywać różnic w zdolności pianotwórczej pomiędzy różnymi
rodzajami środków pianotwórczych. Inne metody mogą okazać się nieadekwatne do
właściwości pewnych typów środków pianotwórczych.
Zależność zdolności pianotwórczej od napięcia powierzchniowego
Wraz ze zmniejszeniem napięcia powierzchniowego roztworów związków powierzchniowo-
czynnych (ZPC) rośnie ich zdolność pianotwórcza, gdyż zmniejsza się praca potrzebna do
wytworzenia jednakowej objętości piany. Jest to zależność charakterystyczna dla wszystkich
rodzajów ZPC. W praktyce w przypadku środków pianotwórczych zależność ta może nie
mieć miejsca. Jak wspomniano, koncentraty środków pianotwórczych to kompozycje wielu
składników, niejednokrotnie także wielu rodzajów ZPC. Środki pianotwórcze typu AFFF lub
FFFP pomimo tego, że ich roztwory wodne charakteryzują się najniższymi wartościami
napięcia powierzchniowego (do 15 mN/m), pienić się będą z reguły gorzej niż roztwory
środków pianotwórczych typu S (typowe wartości napięć powierzchniowych: 20-30 mN/m).
2
Zależność zdolności pianotwórczej od temperatury roztworu
W zakresie temperatur dodatnich (10-25oC) zdolność pianotwórcza (ZP) większości środków
pianotwórczych zwykle wzrasta, po czym przechodząc przez maksimum obniża się. Jednak
niektóre kompozycje środków pianotwórczych mogą wykazywać wzrost zdolności
pianotwórczej do stosunkowo wysokich temperatur. Zależność ZP od temperatury związana
jest z wieloma czynnikami. I tak wzrost ZP dla temperatur od 20 do 40-50oC związany jest ze
zwiększaniem ciśnienia wewnątrz pęcherzyków, zwiększaniem rozpuszczalności ZPC i
zmniejszeniem napięcia powierzchniowego. Zmniejszenie ZP w wysokich temperaturach
tłumaczy się zmniejszeniem wytrzymałości błonek pęcherzyków piany.
Zależność zdolności pianotwórczej od stężenia środka pianotwórczego w roztworze
Ze wzrostem stężenia zdolność pianotwórcza roztworów początkowo rośnie do wartości
maksymalnej, a potem pozostaje praktycznie stała lub nieznacznie obniża się. Maksimum
objętości piany występuje z reguły dla stężeń dwukrotnie wyższych od standardowo
zalecanych do wytwarzania pian (1, 3 lub 6%). W przypadku środków pianotwórczych
proteinowych (P, FP) zdolność pianotwórcza wzrasta nawet przy stężeniach znaczenie
przekraczających zalecane. Takiej zależności nie obserwuje się dla większości syntetycznych
środków pianotwórczych.
Wpływ innych czynników na zdolność pianotwórczą
Zdolność pianotwórcza zależeć będzie także od wielu innych czynników np. pH, zawartości
elektrolitów, twardości wody czy zanieczyszczeń. Różne rodzaje środków pianotwórczych
mogą wykazywać całkowicie odmienne reakcje na czynniki zewnętrzne, przede wszystkim ze
względu na skład komponentów-składników koncentratu pianotwórczego. Nie można w tym
przypadku określić jednej uniwersalnej zależności. Wytwarzanie piany z użyciem wody
zanieczyszczonej lub zasolonej może powodować konieczność stosowania większej
intensywności pian przy gaszeniu pożarów. Spowodowane to może być nie tylko obniżeniem
zdolności pianotwórczej lecz także trwałości piany. Przykładowo, środki pianotwórcze
przeznaczone do stosowania z wodą morską (o dużym zasoleniu) muszą uzyskać dodatkowe
potwierdzenie ich skuteczności gaśniczej.
Metody pomiaru zdolności pianotwórczej
Metody badania ZP można podzielić na statyczne i dynamiczne. Określanie ZP metodami
dynamicznymi prowadzi się przy nieprzerwanym, mechanicznym działaniu na roztwór aby
3
wykluczyć możliwość jego wyciekania z piany. Mierzona objętość piany w warunkach
dynamicznych uzależniona jest od stosunku szybkości jej tworzenia i rozpadu. Objętość piany
w warunkach statycznych zależy od szybkości rozpadu pęcherzyków (stabilności).
1. Metody wytrząsania
Wytrząsanie roztworu pianotwórczego prowadzi się w zamkniętym cylindrze bądź ręcznie za
pomocą wibratorów. Piana tworzy się w wyniku intensywnego mieszania się roztworu z
powietrzem. Miarą zdolności pianotwórczej jest objętość lub wysokość wytworzonej warstwy
piany. Wynik silnie zależy od stosunku objętości roztworu i gazu, a także od sposobu
wytrząsania.
2. Metody ubijania
Najczęściej stosuje się ubijanie w cylindrze miarowym za pomocą krążka perforowanego,
osadzonego na długim pręcie, wykonując ruchy posuwisto zwrotne z określoną amplitudą i
częstotliwością w zadanym czasie. Miarą ZP jest objętość wytworzonej piany lub jej liczba
spienienia. Wyniki otrzymane tą metodą nie są powtarzalne. Jeżeli jednak posługuje się nią ta
sama osoba można ją stosować jako wygodną i prosta metodę porównawczą.
Rys. 1. Ubijanie piany w cylindrze 1000 cm3
3. Metody pneumatyczne
Jest to grupa metod polegających na wytwarzaniu piany przez barbotaż (przepływ
pęcherzyków gazu) przez warstwę roztworu pianotwórczego. Miarą ZP jest wysokość lub
4
objętość powstałej piany po zakończeniu podawania gazu. wielkości te zależą od wymiarów
kolumny, objętości roztworu i strumienia objętościowego gazu.
4. Test Rossa-Milesa
Metoda polega na pomiarze objętości piany wytworzonej przez swobodny wypływ roztworu z
pipety z wysokości 90 cm na powierzchnię tego samego roztworu znajdującego się w
skalibrowanym cylindrze pomiarowym. W cylindrze umieszcza się 50 cm3 roztworu, a w
pipecie 200 cm3. Test Rossa-Milesa daje dobrze powtarzalne rezultaty ze względu na ściśle
znormalizowane warunki.
5. Metoda wg PN-74/C-04801
Uproszczonym wariantem testu Rossa-Milesa jest metoda opisana w normie PN-74/C-04801.
Środki powierzchniowo-czynne. Oznaczenia własności pianotwórczych. Układ składa się z
rozdzielacza (1) zakończonego rurką ze stali (2) o średnicy 1,7 – 2,1 mm i cylindra
miarowego (3) o pojemności 1 dm3. W cylindrze umieszcza się 50 cm3, a w rozdzielaczu 500
cm3 badanego roztworu. Odległość końca rurki stalowej od poziomu cieczy w cylindrze
powinna wynosić 45 cm.
Rys. 2. Zestaw do badania zdolności pianotwórczej wg PN-74/C-04801
Wykonanie ćwiczenia
W ramach zajęć wykonuje się badanie zdolności pianotwórczej wg dwóch metod: PN-74/C-
04801 i ubijania.
5
1. Należy sporządzić po 1000 cm3 roztworu o stężeniach podanych przez prowadzącego.
Roztwory wodne należy wykonać z wody o temperaturze jednakowej dla wszystkich próbek.
2. W przypadku metody PN-74/C-04801:
a) wlać 50 cm3 roztworu do cylindra, a 500 cm3 do rozdzielacza,
b) ustawić cylinder bezpośrednio pod rozdzielaczem,
c) otworzyć zawór rozdzielacza, strumień roztworu powinien padać centralnie na
powierzchnię roztworu w cylindrze,
d) po zakończeniu wypływania należy włączyć stoper i zmierzyć poziom piany po upływie 1
minuty.
3. W przypadku metody ubijania:
a) wlać do cylindra 100 cm3 roztworu,
b) przez 1 minutę ubijać pianę z częstotliwością 1 Hz tak, żeby każdorazowo krążek
perforowany unoszony był ponad aktualny poziom warstwy piany,
c) po zakończeniu ubijania wyjąć krążek z cylindra i włączyć stoper,
d) odczytać poziom piany po upływie 1 minuty
e) nie wyłączając stopera obserwować wyciekanie roztworu z piany i zanotować czas w
którym z piany wycieknie 50 cm3 roztworu.
Opracowanie wyników:
1. Sporządzić wykresy zależności ilości piany od stężenia.
2. Sporządzić wykres zależności czasu wycieku połowy roztworu zawartego w pianie od
stężenia.
3. Na wykresach zaznaczyć optymalny zakres stężeń dozowania, uzasadnić, porównać z
danymi producenta.
Autorzy opracowania: B. Król, A. Mizerski, M. Sobolewski
6