• образование на этих участках отверстий, расширяющихся с большой скоростью.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕНЫ
Эти факторы можно разделить на три группы.
1. Факторы, связанные с наличием пенообразователя.
В качестве пенообразователей обычно используются:
• коллоидные ПАВ;
• ВМС.
Обычно в качестве пенообразователей используются средние члены гомологических рядов, причем анионные ПАВ лучше, чем катионные и неионогенные. Лучшими пенообразователями среди ВМС являются полиэлектролиты, например белки,
Установлено, что большей пенообразующей способностью обладают те пенообразователи, которые способны стабилизировать эмульсии I рода. Под пенообразующей способностью понимают объем пены, получающийся при данных условиях (t, концентрация ПАВ, способ пенообразования) из определенного объема раствора.
Важную роль играет концентрация пенообразователя. Для пенообразователей - коллоидных ПАВ максимальная пенообразующая способность достигается в определенном интервале концентраций, при дальнейшем росте концентрации она остается постоянной или даже снижается. В случае ВМС с увеличением концентрации пенообразующая способность возрастает.
2. Факторы, связанные со свойствами дисперсионной среды.
Дисперсионную среду в пене характеризуют обычно следующими параметрами:
вязкостью - чем больше вязкость, тем устойчивее пена;
водородным показателем рН;
наличием в жидкости низкомолекулярных электролитов.
Два последних параметра определяют состояние и свойства пенообразователя. Так, жирные кислоты и их щелочные соли в кислой среде практически не образуют пену. Максимальное ценообразование обычно наблюдается при
Пенообразующая способность неионогенных ПАВ не зависит от рН в интервале 3-9. Белковые растворы проявляют максимальную пенообразующую способность в изоэлектрической точке. Растворы желатина и лактальбумина имеют максимальную вспениваемость при рН = 4,5. При рН ~2 их пенообразующая способность также несколько повышается.
Увеличение вспениваемости растворов желатина наблюдается в щелочной среде. В жесткой воде (т.е. в присутствии большого количества солей) кратность и устойчивость пен невысока, а в морской воде она совсем низкая.
3. Факторы, связанные с внешними воздействиями:
• температура;
• испарение жидкости из пены;
• механическое воздействие - сотрясение, ветер и т.д.
Повышение температуры отрицательно влияет на устойчивость пены, так как:
• усиливает десорбцию молекул пенообразователя;
• ускоряет испарение жидкости из пленки;
• понижает вязкость жидкости в пленке.
Однако для некоторых пен, стабилизированных ВМС (тесто, белковая пена), термическая обработка приводит к переходу жидкой дисперсионной среды в твердообразную, образуется твердая пена, что делает пену практически абсолютно устойчивой.
Механические воздействия отрицательно влияют на устойчивость пены, так как:
• происходит механическое разрушение структуры пены;
• усиливается испарение жидкости из пленки.
Все перечисленные факторы не затрагивали природы газа, так как поведение газа в составе пены мало зависит от его химической природы, за исключением растворимости некоторых газов в жидкостях, что важно для агрегативной устойчивости пен.
МЕХАНИЗМ УСТОЙЧИВОСТИ ПЕНЫ
При объяснении относительной устойчивости пен обычно исходят из трех факторов:
кинетического;
структурно-механического;
термодинамического.
Кинетический фактор устойчивости заметно проявляется только в малоустойчивых пенах; его часто называют эффектом самозалечивания или эффектом Марангони. Суть его заключается в том, что утончение пленки вследствие истечения жидкости в пленке происходит неравномерно. Отдельные участки пленки вокруг газового пузырька становятся очень тонкими, растягиваются, это приводит к уменьшению концентрации ПАВ на их поверхности и, следовательно, к увеличению поверхностного натяжения. Вследствие этого раствор с повышенной концентрацией ПАВ из этой зоны низкого поверхностного натяжения, т.е. с участков с утолщенной пленкой, устремляется к истонченным зонам. Истонченные участки пленки самопроизвольно залечиваются, т.е. утолщаются. Время, за которое происходит такое перетеканке раствора, измеряется сотыми и даже тысячными долями секунды, поэтому вероятность разрыва пленки понижается и устойчивость возрастает. Подтверждением этому служат наблюдения Дюпре: твердые вещества (свинцовая дробь) и капли жидкости (ртуть) могут пройти через пленку пены, не оставив разрыва. Однако после длительной сушки пленки (высыхание пены), когда количество жидкости в ней сильно уменьшается, и перетекание раствора ПАВ становится невозможным, каждый такой "снаряд" вызывает разрыв.