Скорость поверхностного переноса ПАВ зависит от:
• значения поверхностного натяжения раствора ПАВ;
• разности концентрации в тонком и утолщенном участках.
В очень тонких пленках, состоящих из двух адсорбционных слоев, эффект "залечивания" проявляется слабо.
Структурно-механический фактор устойчивости пен связан со специфическим упрочнением тонких пленок за счет гидратации адсорбированных слоев, а также за счет повышения вязкости межпленочной жидкости.
Взаимодействие полярной группы молекул ПАВ с водой ограничивает истечение межпленочной жидкости из среднего слоя "сэндвича" пленки под действием сил тяжести и капиллярных сил. В самом адсорбционном слое гидратированные молекулы ПАВ сцепляются между собой, в результате повышается прочность на растяжение и адсорбционных слоев и пленки в целом.
Для повышения вязкости межпленочной жидкости в ПАВ добавляют некоторые специальные вещества: например, в присутствии тысячных долей процента жирного спирта вязкость раствора ПАВ увеличивается в десятки раз. Структурно-механический фактор обычно рассматривают во взаимодействии с кинетическим и термодинамическим факторами устойчивости.
Термодинамический фактор устойчивости часто называют расклинивающим давлением. Он проявляется в тонких пленках, когда возникает избыточное давление, препятствующие их утончению под действием внешних сил. Причиной расклинивающего давления в пленках пены, стабилизированных ионогенными веществами, является отталкивание двойных электрических слоев, образованных ионами пенообразователя в растворе около поверхностей пленок, т.е. реализуется электростатическая составляющая расклинивающего давления.
В заключение отметим, что чисто термодинамический фактор устойчивости недостаточен для обеспечения устойчивости пены, необходимо учитывать и другие факторы, рассмотренные выше.
СТАБИЛИЗАЦИЯ ПЕН СПЕЦИАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ
Этот метод предусматривает добавление в растворы ПАВ стабилизаторов. Их действие основано на увеличении вязкости растворов и замедлении за счет этого истечения жидкости из пен. Другими словами, к действию кинетического фактора устойчивости, характерного для пенобразователей - ПАВ, добавляется структурно-механический фактор.
Все стабилизаторы можно подразделить на пять групп.
1. Вещества, повышающие вязкость самого пенообразующего раствора, их называют загустителями. Их добавляют в больших концентрациях. Это глицерин, этиленгликоль, метилцеллюлоза. Производные целлюлозы уже в количестве 1-2% увеличивают вязкость раствора и устойчивость пены в десятки раз, а глицерин эффективен только при концентрации 15-20%.
2. Вещества, вызывающие образование в пленках жидкости коллоидных частиц. В результате очень сильно замедляется обезвоживание пленок. Коллоидные стабилизаторы являются более эффективными, чем вещества первой группы. К ним относятся: желатин, клей, крахмал, агар-агар. Эти вещества, взятые в количестве 0,2-0,3% от массы ПАВ, увеличивают вязкость жидкости в пленках более, чем в 100 раз, а устойчивость пен возрастает в 2-8 раз.
3. Вещества, полимеризующиеся в объеме пены. Полимеризация сильно увеличивает прочность пленок; возможен даже их переход в твердое состояние. Это наиболее эффективные стабилизаторы. Это могут быть полимерные композиции - синтетические смолы, например, карбамидные или латексы.
4. Вещества, образующие с пенообразователем нерастворимые в воде высокодисперсные осадки. Такие вещества бронируют пленки и препятствуют их разрушению. Это наиболее дешевые и широко распространенные стабилизаторы. К ним относятся соли тяжелых металлов: железа, меди, бария, реже алюминия. В пены вводят очень небольшие добавки этих веществ.
5. Вещества, участвующие в построении адсорбционных слоев на границе раздела "жидкость-газ". Главные представители - жирные спирты, в основном, тетрадециловый спирт. Введение всего 0,05% спирта в растворы пенообразователей сильно снижает поверхностное натяжение, что приводит к повышению устойчивости пен.