Stabilitatea spumei - stadopedie

Spumele, ca și alte sisteme de dispersie, sunt sisteme instabile termodinamic. Formarea lor este însoțită de o creștere a energiei libere. Energia excesivă provoacă procese spontane, ceea ce duce la scăderea dispersiei și distrugerii acesteia ca sistem de dispersie. Valoarea minimă a energiei libere se obține atunci când spuma este complet separată în două faze continue: lichid și gaz. Straturile de spumă se sparg, deoarece zona (și, prin urmare, energia de suprafață) a picăturilor obținute este mai mică decât suprafața sistemului original. Într-un balon cu o rază de 1 cm și o grosime a peretelui de 10 3 cm suprafața este de 25 cm 2. O picătură de lichid care se formează atunci când spargerea bulei are o suprafață de numai







0,1 cm 2. Diferența de energie este atât de mare încât atunci când filmul se sparge, picatura formată de lichid zboară cu o viteză de 1000 cm / s.

Astfel, spumele au doar o stabilitate relativă, care este împărțită în două tipuri:

• stabilitate kinetică (sedimentare) - capacitatea sistemului de a menține distribuția particulelor fazei dispersate în volumul sistemului neschimbată la acea dată, adică capacitatea sistemului de a rezista gravitației;

• stabilitate agregativă - capacitatea de a menține neschimbate dimensiunile particulelor de fază dispersată (disipație) și individualitatea acestora.

Spuma actuală, este în general o polidispersie clorhidric, t. E. bule de gaz în ea sunt de dimensiuni diferite. Cu cât balonul de gaz este mai mic, cu atât este mai mare presiunea în el. Prin urmare, timpul vine spontan de difuzie a gazelor de bule mici în mare, cu bule mici devin chiar mai mici, și mai mult - sunt în creștere, ceea ce duce la o schimbare într-o sută de sibilitatea de spumă - spun „îmbătrânire spumă.“ Cu cât mai mare diferența de mărime de bule (grad polidispersie mai mare), cu atât mai puternică difuzie a gazului. De asemenea, gradul de polidispersie privind rata de difuzie-onnogo antispumant afectează:

• solubilitatea în gaz într-un film lichid;

• coeficientul de difuzie a gazului într-un film lichid - pentru majoritatea gazelor,

care sunt utilizate pentru a obține spume, este egal cu

• Grosimea filmelor lichide;

• tensiunea superficială a soluției de spumare. Datele experimentale arată că difuzia gazului în spumă este un proces relativ lent și se poate susține că spumele sunt relativ agregate stabile.

Violarea stabilitate sedimentarea spumelor proces svjaza spontan dar cu fluidul umflare în folie de spumă, ceea ce duce la subțierea acesteia și se poate rupe în cele din urmă. Acest proces este cauzat de acțiunea forțelor gravitaționale și a forțelor de aspirație capilară. Lichidul curge prin canalele Plateau. În cazul în care vasul este umplut cu spumă și se lasă pentru o vreme, apoi, treptat, la stratul de lichid etsya colectare de jos, care va crește atâta timp cât nu va fi foarte puțin lichid, sau atâta timp cât filmul nu se sparge în filmele de spumă. De asemenea, fluxul de lichid din spumă poate apărea ca rezultat al aspirației capilare (absorbția prin limitele platoului). Umectat peretelui între bule sayuschimisya de aceeași mărime în spuma COSV-kai, un fel de capilar plat, prin urmare, un lichid, de umplere a peretelui, este sub aceeași presiune ca și gazul din cele două flacoane. Cu toate acestea, suprafața „evreul kost - aer„aproape de intersecția dintre cele trei flacoane (Platoul de delimitare) este concavă în raport cu faza de aer. Prin urmare, lichidul de la platoul de delimitare se află la o presiune capilară negativă și diferențială PRESIUNE-TION conduce lichidul din peretele planar la interfața dintre platou bule. Procesul de ieșire de lichid dintr-un film este foarte complicat și nu poate fi descris printr-o simplă ecuație matematică. Diluarea filmelor este posibilă nu numai ca urmare a scurgerii lichidului, dar și a evaporării acestuia. O mare suprafață a spumei contribuie la aceasta, iar închiderea bulelor de gaz inhibă acest proces. Ruptura filmului, conform lui Deryagin, include trei etape:

• subțierea treptată a întregului film;

• aspectul spasmodic al secțiunilor individuale cu o grosime mai mică decât

grosimea întregului film;

• formarea în aceste zone a unor deschideri care se extind cu o suprafață mare

FACTORI CARE AFECTEAZĂ SUSTENABILITATEA FOAMULUI

Acești factori pot fi împărțiți în trei grupe.

1. Factori asociați cu prezența unui agent de spumare.

Următoarele sunt frecvent utilizate ca agenți de suflare:

De obicei, membrii de mijloc ai seriei omoloage sunt utilizați ca agenți de suflare, iar surfactanții anionici sunt mai buni decât cei cationici și neionici. Cei mai buni agenți de spumare printre IUS sunt polielectroliții, de exemplu proteinele.

S-a stabilit că agenții de spumare sunt agenți mai de spumă care pot stabiliza emulsii de primul fel. Prin capacitate de spumare se înțelege volumul de spumă obținut în condiții date (concentrația t a agentului tensioactiv, metoda de spumare) dintr-un anumit volum al soluției.

Concentrația agentului de spumare joacă un rol important. Pentru agenții de spumare - surfactanți coloizi, se obține o capacitate maximă de spumare într-o anumită gamă de concentrații, cu o creștere suplimentară a concentrației, rămâne constantă sau chiar scade. În cazul DIU, capacitatea de formare a spumei crește odată cu creșterea concentrației.

2. Factori legați de proprietățile mediului de dispersie.

Mediul de dispersie în spumă este, de obicei, caracterizat prin următorii parametri:

• vâscozitatea - cu cât este mai mare vâscozitatea, cu atât este mai rezistent spuma;

• pH-ul hidrogenului;

• prezența electroliților cu conținut scăzut de molecule în lichid.

Ultimii doi parametri determină starea și proprietățile agentului de spumare. Astfel, acizii grași și sărurile lor de chelatare într-un mediu acid nu formează practic o spumă. Spumarea maximă este de obicei observată la 8 pH 9, iar spumarea în cazul oleatului de sodiu are loc doar la pH = 9, dar chiar și la pH = 12 nu atinge valoarea maximă. Pe măsură ce lungimea lanțului hidrofob crește în seria sărurilor de sodiu ale acizilor grași saturați, viteza maximă de spumare se schimbă în regiunea alcalină,







Capacitatea de spumare a surfactanților neionici nu depinde de pH în intervalul de la 3 la 9. Soluțiile de proteine ​​prezintă o capacitate maximă de spumare în punctul izoelectric. Soluțiile de gelatină și lactalbumină au spumă maximă la pH = 4,5. La pH

2, capacitatea lor de spumare este, de asemenea, ușor crescută.

O creștere a capacității de spumare a soluțiilor de gelatină este observată într-un mediu alcalin. În apă tare (adică, în prezența unui număr mare de săruri), multiplicitatea și stabilitatea spumelor sunt scăzute, iar în apa de mare este destul de scăzută.

3. Factorii legați de influențele externe:

• Evaporarea lichidului din spumă;

• impact mecanic - agitare, vânt etc.

Creșterea temperaturii afectează negativ stabilitatea spumei, deci

• îmbunătățește desorbția moleculelor de spumă;

• accelerează evaporarea lichidului din film;

• reduce vâscozitatea lichidului din film.

Cu toate acestea, pentru unele spume stabilizate IUD (proteină spumă aluat), tratament termic conduce la o tranziție a mediului de dispersie lichid în tverdoobraznuyu format spumă solidă, ceea ce face practic spuma ically absolut stabil.

Efectele mecanice afectează negativ stabilitatea spumei, deoarece:

• Există o defalcare mecanică a structurii spumei;

• Evaporarea lichidului din film crește.

Toți acești factori nu au afectat natura gazului, deoarece comportamentul gazului din spumă nu depinde foarte mult de natura sa chimică, cu excepția solubilității anumitor gaze în lichide, care este importantă pentru stabilitatea agregativă a spumelor.

MECANISMUL DE SUSTENABILITATE AL LENEI

În explicarea stabilității relative a spumelor, de obicei provin de la trei factori:

Factorul cinetic al stabilității se manifestă vizibil numai în spumele cu stabilitate scăzută; se numește adesea efectul de auto-vindecare sau efectul Marangoni. Esența sa constă în faptul că subțierea filmului datorită fluxului de lichid din film are loc neuniform. Secțiunile separate ale filmului în jurul bulei de gaz devin foarte subțiri, se întind, aceasta duce la o scădere a concentrației surfactanților pe suprafața lor și, în consecință, la o creștere a tensiunii de suprafață. În consecință, o soluție cu o concentrație crescută de surfactanți din această zonă de tensiune superficială scăzută, adică din zone cu peliculă îngroșată, se îndreaptă spre zonele subțiri. Secțiunile subțiri ale filmului se vindecă spontan, adică se îngroașă. Timpul pentru care are loc acest flux este măsurat cu sute și chiar cu o mie de secundă, astfel că probabilitatea ruperii filmului scade și crește stabilitatea. Acest lucru este confirmat de observațiile Dupree: solide (shot shot) și picături de lichid (mercur) pot trece prin filmul de spumă fără a lăsa o ruptură. Totuși, după o lungă uscare a filmului (uscarea spumei), atunci când cantitatea de lichid din el este redusă foarte mult și fluxul soluției de surfactant devine imposibil, fiecare astfel de "proiectil" provoacă o ruptură.

Rata de transfer a suprafeței agentului tensioactiv depinde de:

• tensiunea superficială a soluției de surfactant;

• diferențele de concentrație în zonele subțiri și îngroșate.

În filmele foarte subțiri constând din două straturi de adsorbție, efectul "vindecării" este slab manifestat.

Factorul structural-mecanic pentru stabilitatea spumelor este legat de întărirea specifică a peliculelor subțiri datorită hidratării straturilor adsorbite și datorită creșterii vâscozității lichidului interfiltrat.

Interacțiunea grupului polar al moleculelor de surfactant cu apa limitează scurgerea fluidului interfilter din stratul intermediar al filmului de tip sandwich sub influența forțelor gravitaționale și capilare. În stratul de adsorbție, moleculele SAW hidratate aderă unul la celălalt, drept rezultat, rezistența la tracțiune a straturilor de adsorbție și a filmului în ansamblu crește.

Pentru a crește vâscozitatea lichidului interfilmic în agentul tensioactiv adăugați câteva substanțe speciale; de exemplu, în prezența a 1/3 din un procent de alcool gras procent, vâscozitatea soluției de surfactant crește în zeci de pasi. Factorul structural-mecanic este de obicei considerat în interacțiune cu factorii cinetici și termodinamici ai stabilității.

Factorul de stabilitate termodinamică este denumit adesea presiunea de încovoiere. Se manifestă în filme subțiri, când există o presiune excesivă, împiedicându-le subțierea sub acțiunea forțelor externe. Cauză disjoining pelicule de spumă de presiune stabilizate cu substanțe ionice, NE-repulsie doresc să creeze straturi duble electrice pe spumare ionii agent razovannyh în soluție în apropierea suprafețelor filmelor, adică. E. Se realizează o presiune component disjoining electrostatic-lic.

În concluzie, observăm că factorul de stabilitate pur termodinamic este insuficient pentru a asigura stabilitatea spumei, este necesar să se țină seama de alți factori considerați mai sus.

Această metodă implică adăugarea de stabilizatori în soluțiile de surfactanți. Acțiunea lor se bazează pe creșterea vâscozității soluțiilor și încetinirea fluxului de lichid din in. Cu alte cuvinte, factorul structural și mecanic se adaugă la acțiunea factorului cinetic de stabilitate, care este caracteristic agenților de spumare - surfactanți.

Toți stabilizatorii pot fi împărțiți în cinci grupuri.

1. Substanțele care sporesc vâscozitatea soluției de spumare în sine, se numesc agenți de îngroșare. Se adaugă în concentrații mari. Acest glicerină, etilen glicol, metilceluloză. Derivații de celuloză deja într-o cantitate de 1-2% măresc vâscozitatea soluției și stabilitatea spumei de zeci de ori, iar glicerina este eficientă numai la o concentrație de 15-20%.

2. Substanțe care cauzează formarea de particule coloidale în filme lichide. Ca urmare, deshidratarea filmelor este foarte încetinită. Stabilizatorii coloidali sunt mai eficienți decât substanțele din primul grup. Acestea includ: gelatină, clei, amidon, agar de agar. Aceste substanțe luate într-o cantitate de 0,2 până la 0,3% în greutate agent activ de suprafață, crește vâscozitatea fluidului în filme mai mult de 100 de ori, și stabilitatea spumei crește în 2 până la 8 ori.

3. Substanțe polimerizate în volumul spumei. Dimerizarea prin diminuare mare crește rezistența filmelor; Poate chiar și tranziția lor într-o stare solidă. Acestea sunt cele mai eficiente stabilizatoare. Acestea pot fi compoziții polimerice - rășini sintetice, de exemplu, carbamide sau latex,

4. Substanțe care formează precipitații foarte dispersate cu un agent de spumare. Astfel de substanțe împovărează filmele și împiedică distrugerea acestora. Acestea sunt cele mai ieftine și cele mai utilizate stabilizatoare. Acestea includ sărurile metalelor grele: fier, cupru, bariu, mai puțin adesea aluminiu. În spumă se introduc foarte puține adaosuri de substanțe.

5. Substanțele care participă la construcția straturilor de adsorbție la interfața lichid-gaz. Principalii reprezentanți sunt alcoolii grași, în principal alcoolul tetradecilic. Introducerea unui alcool de numai 0,05% în soluții de agenți de spumare reduce puternic tensiunea superficială, ceea ce duce la o creștere a stabilității spumelor.

Acest sau acel grup de stabilizatori este ales în funcție de cerințele privind stabilitatea spumei și condițiile tehnologice de producție. De exemplu, în fabricile de cofetărie pentru producerea pastilelor halva, bomboane nuzh spuma HN acoperitoare și aditivi trebuie să fie comestibile TION și nu trebuie să afecteze gustul produselor. Aceste cerințe sunt îndeplinite de stabilizatorii celui de-al doilea grup. În producția de materiale de izolare termică se caută spumă solidă, în acest caz stabilizatori ai celui de-al treilea grup sunt eficienți.

Substanțe fine, talc, azbest, cuarț și funingine, cu o distribuție uniformă a bulelor de pe suprafață, întăresc pelicula și prelungesc durata de viață a spumei. Aceste spume sunt numite mineralizate. Formarea unei astfel de spume are loc datorită adeziunii particulelor minerale solide la bulele de spumă, cauzate de interacțiunea dintre suprafața particulei solide și grupurile polarizate de surfactanți.

O mare influență asupra unei rezerve are mărimea particulelor solide precum și raportul de granulație și bule de gaz - pulberi solide subțiri da peliculă spumă tare, co-prezența cerealier-TION și pulberile fine reducând rezistența spumei. O mineralizare spumă preferată este diferența mare în dimensiune a bulei de aer și o particulă solidă și coliziune neelastică cu lor vstre-Th, deoarece aderența efectivă decât Tel'nykh pierderi considerabile de energie cinetică. Mecanismul de stabilizare a spumelor trifazate (particule gaz-lichid-solide) este explicat, în primul rând, prin îngustarea canalelor Plateau. Prin reducerea SKO-creștere tub cu diametrul găurii de expirare și soluția scade de-REN nu a aderat la bule suplimentare Zak-porivayut aceste canale.

Fundamentele teoretice pentru stabilizarea spumelor și modul de realizare a acestora sunt o secțiune complexă a chimiei coloidale. Până în prezent, nu există date suficiente pentru a crea o teorie unificată a stabilității stiloului și ne-am limitat la o expunere calitativă a vederilor existente.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: