Основы образования устойчивых пен
Устойчивость пен может быть объяснена рядом факторов, которые в большинстве случаев действуют совместно с преобладающим влиянием одного, например эффекта Маранго- ни — Гибсса. В этом случае устойчивость пен связана с возникающей местной разностью поверхностного натяжения, причем разные авторы разделяют этот эффект на эффект Марангони и эффект Гибсса. Устойчивость пены в обоих эффектах вызвана местным изменением поверхностного натяжения. Однако причины, порождающие это изменение, различны. По эффекту Марангони местное изменение поверхностного натяжения происходит в результате разрыва адсорбционного слоя. Поверхностное натяжение адсорбционного слоя до разрыва меньше поверхностного натяжения в пленке с оголенной поверхностью. Площадь пленки в этом случае остается постоянной.
Причина, вызывающая местное изменение поверхностного натяжения по эффекту Гибсса, обусло-i тена изменением ее поверхности. При уменьшении объема пены в результате сжатия отдельных пузырьков или их разрушения пленки испытывают юкальные деформации. Чтобы выдержать локальные деформации без разрыва, пленка должна при местных растяжениях повышать, а при местных сжатиях понижать поверхностное натяжение. При утончении пленки площадь ее поверх юстн увеличивается, адсорбционное равновесие н поверхностном слое нарушается, происходит местное увеличение поверхностного натяжения Разность поверхностных натяжений вызывает перетекание жидкости из более толстых участков пленки к более тонким и замедляет обезвоживание пленок.
Пленки индивидуальных веществ, обладающих постоянным поверхностным натяжением, не способны локально изменять поверхностное натяжение при растяжении или сжатии. В связи с этим индивидуальные вещества не пенятся. Наиболее устойчивые пены образуются из растворов ПАВ, не только обладающих низким поверхностным натяжением, но главным образом резко изменяющих его в зависимости от концентрации.
Понятие о так называемом термодинамическом факторе устойчивости или расклинивающем давлении было введено Б. В. Дерягиным. Под расклинивающим давлением понимается сила, уравнобешивающая капиллярное давление, под действием которого жидкость в пленках стекает. Если пены образованы ионными пенообразователями, с обеих поверхностей пленки возникают двойные электрические слои. Их отталкивание является причиной расклинивающего давления. Дерягиным Б. В. было показано, что при наложении давления в результате стека- ния жидкости толщина пленок достигала определенной величины, которая в дальнейшем не изменялась. При увеличении содержания электролитов толщина пленки уменьшалась.
Во многих случаях получение устойчивых пен можно объяснить образованием механически прочных адсорбционных слоев. Впервые понятие поверхностной вязкости ввел Плато, который высказал предположение, что поверхностная вязкость замедляет процесс стекания жидкости в пленках. В дальнейшем объяснение устойчивости пен существованием в пленках высоковязкого или механически прочного адсорбционного слоя из молекул стабилизатора было широко развито в работах П. А. Ре- биндера и его учеников.
Для образования и стабилизации высокоустойчивых дисперсных систем необходимо, чтобы адсорбционные слои и связанные с ними сольватные оболочки обладали достаточно высокой эффективной (структурной) вязкостью, а при высших степенях насыщения — упругостью и механической прочностью на сдвиг. Особенно сильным стабилизующим действием такого рода обладают адсорбционные слои гелеобразного строения, диффузно распространяющиеся в глубь раствора. Подобные слои образуют белки, продукты их переработки, щелочные мыла и т. п. В растворах небольших концентраций они не образуют структур, а иногда почти не изменяют вязкости. В адсорбционных слоях концентрация веществ значительно выше, поэтому такие слои обладают повышенной структурной вязкостью.
