Пенообразующая способность

Пенообразование—широко распространенное, но не главное свойство моющих веществ, обусловливается ориентированной адсорбцией молекул моющего средства на границе раздела и связанным с этим понижение поверхностного натяжения.

Механизм пенообразования.Если моющий раствор соприкасается с воздухом, то на поверхностипузырька воздуха, находящегося в растворе, образуется адсорбционный слой (см. рис. 3),

Рис.3. Механизм пенообразования. Двойной слой (поверхностная пленка) молекул моющих веществ на поверхности раздела

Цепи алифатических углеводородов в растворенном поверхностно-активном веществе направлены внутрь воздушного пузырька, а гидрофильные группы обращены в сторону водной фазы. Поднимающийся кверху воздушный пузырек при проникновении через поверхность раствора окружается двойным слоем, как это схематически изображено на рис.3.

Пены-этодисперсные системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой. Пены обычно являются сравнительно грубодисперсными высококонцентрированными системами. Объемное содержание дисперсионной среды обычно характеризуют кратностью пены –К- отношением объема пены к объему дисперсионной среды. Различают низкократные пены (К от 3 до неск. десятков) и высокократные (К до неск. тысяч). Малоустойчивые пены существуют лишь при непрерывном смешении газа с пенообразующим раствором в присутствии. пенообразователей 1-го рода (по классификации пены А. Ребиндера), например, низших спиртов и органических кислот. После прекращения подачи газа такие пены быстро разрушаются. Высокостабильные пены могут существовать в течение многих минут и даже часов. К пенообразователям 2-го рода, дающим высокостабильные пены, относят мыла и синтетические ПАВ.

Пленка пены.Поверхностная оболочка содержит между сольватирующими группами жидкость и образует агрегат, носящий название пленки, являющейся основной частью мыльного пузыря. Вследствие уменьшения поверхностного натяжения и наличия ограничивающей поверхностной оболочки получается механически стабильная конфигурация. С уменьшением толщины пленки замедляется вытекание жидкости из нее, происходящее в результате действия капиллярных сил, и стабильность пены увеличивается.

Пенообразование и моющее действие. В ранних работах ученых пенообразование отождествлялось с моющим действием. Сейчас установлено, что хотя пена и играет известную роль в удерживании диспергированного загрязнения и в накапливании его в пене, т. е. в косвенном увеличении способности удерживать загрязнения, пенообразование не является специфической характеристикой моющего действия. Исследования гомологических рядов мыл , а также первичных алкилсульфатов (от додецила до октадецила)³⁰² показали, что оптимальные значения пенообразования и моющего действия не совпадают. Можно говорить только об определенном увеличении моющей способности в присутствии пены (303-304 Штюппель).

Для пен, особенно высокократных, характерна ячеистая пленочно-каналовая структура, в которой заполненные газом ячейки разделены тонкими пленками. Три пленки, расположенные под углом 120°, сливаются в канал, четыре канала с углом между ними около 109° образуют узел (см. рис.4). Наиболее типичной формой ячейки в монодисперсной пене является пентагональный додекаэдр (двенадцатигранник с пятиугольными гранями), часто с 1 3 дополнит. гранями; средне число пленок, окружающих ячейку, обычно близко к 14. В низкократной пене форма ячеек близка к сферической и размер пленок мал.

Рис.4

пены являются типичными лиофобными дисперсными системами (см. Лиофильнсть и лиофобность); они в принципе термодинамически неустойчивы, т. к. в них протекают процессы, ведущие к изменению строения и разрушению пены К таким процессам относят: 1) утоньшение пленок и их послед. разрыв; в результате увеличивается средний размер ячеек при разрыве пленок в объеме пены или уменьшается высота столба (слоя) пены, если разрываются пленки, отделяющие поверхностные ячейки пены от внеш. газовой среды; дисперсность пены падает. 2) Диффузионный перенос газа из малых ячеек в более крупные (в полидисперсной пены) или из поверхностных ячеек во внеш. среду; это приводит к исчезновению поверхностных ячеек и уменьшению высоты столба (слоя) пены 3) Отекание дисперсионной среды под действием силы тяжести(синерезис) в высокостабильных пены, приводящее к возникновению гидростатически равновесного состояния, в к-ром кратность слоя пены тем больше, чем выше он расположен; в низкократных пены синерезис ведет к возникновению под пены слоя жидкости.

При изучении пены применяют разл. методы дисперсионного анализа: микрофотографирование, совместное измерение электропроводности и капиллярного давления в каналах, определение мех. (упругих) св-в пены, наблюдение за кинетикой изменения высоты столба и толщины слоя дисперсионной среды под пены, а также исследование разл. св-в пены (скорости растекания, теплопроводности и др.). Важной задачей в разл. технол. процессах, особенно в хим. и микробиол. пром-сти и теплоэнергетике, является предотвращение вспе-нивания жидкостей и разрушение образовавшейся пены; для этого применяют как разл. физ. воздействия на пены (обдува-ние перегретым паром или сухим воздухом, обработка ультразвуком, ионизирующим излучением и др.), так и хим. реагенты. Из последних выделяют в-ва, предотвращающие образование пены (напр., кремнийорг. соединения), и пено-гасители (высшие спирты, олеиновая к-та).

Среди важнейших традиц. областей применения пены флотация, пожаротушение, тепло- и звукоизоляция, произ-во пищ. продуктов; новые направления-пенная сепарация, пылеулавливание и пылеподавление, очистка пов-стей, бурение.

Лит. Перепелкин К. E., Матвеев В.С.. Газовые эмульсии. Л.. 1979; Тихомиров В.К., Пены. Теория и практика их получения и разрушения, изд.. M. 1983; Меркни А.пены, Таубе П Р.. Непрочное чудо. M.. 1983: Кругляков П M , Ексерова Д Р.. Пены и пенные пленки. M . 1990.

Пеногасители