ПЕНЫ
, дисперсные
системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой.
П. обычно являются сравнительно грубодисперсными высококонцен-трир системами
(разб. системы типа газ жидкость наз. газовыми эмульсиями). Объемное содержание
дисперсионной среды обычно характеризуют кратностью П. К отношением объема
пены к объему дисперсионной среды. Различают низкократные П. (К от 3
до неск. десятков) и высокократные (К до неск. тысяч). Малоустойчивые
(дина-мич.) П существуют лишь при непрерывном смешении газа с пенообразующим
р-ром в присут. пенообразователей 1-го рода (по классификации П. А. Ребиндера),
напр. низших спиртов и орг. к-т. После прекращения подачи газа такие П. быстро
разрушаются. Высокостабильные П. могут существовать в течение мн. минут и даже
часов. К пенообразователям 2-го рода, дающим высокостабильные П., относят мыла
и синтетич ПАВ.
По способу получения различают
конденсационные П., в частности химические, к-рые образуются в результате к.-л.
хим. р-ции вследствие выделения газообразных продуктов (так получают большинство
П. с твердой дисперсионной средой пенобетоны, пенопласты
), и диспергационные,
в т ч. барботажные, получаемые при пропускании газа через жидкость. П могут
быть также получены с помощью спец. устройств пеногенераторов.
Для П., особенно высокократных,
характерна ячеистая пленочно-каналовая структура, в к-рой заполненные газом
ячейки разделены топкими пленками. Три пленки, расположенные под углом
120°, сливаются в канал, четыре канала с углом между ними ок. 109° образуют
узел (см. рис.). Наиб. типичной формой ячейки в монодисперсной П. является пентагональный
додекаэдр (двенадцатигранник с пятиугольными гранями), часто с 1 3 дополнит.
гранями; ср. число пленок, окружающих ячейку, обычно близко к 14. В низкократной
П. форма ячеек близка к сферической и размер пленок мал.
П. 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 П. К таким процессам относят: 1) утоньшение пленок и их
послед. разрыв; в результате увеличивается средний размер ячеек
при разрыве пленок в объеме П. или уменьшается высота столба (слоя) П., если
разрываются пленки, отделяющие поверхностные ячейки П. от внеш. газовой среды;
дисперсность П. падает. 2) Диффузионный перенос газа из малых ячеек в более
крупные (в полидисперсной П.) или из поверхностных ячеек во внеш. среду; это
приводит к исчезновению поверхностных ячеек и уменьшению высоты столба (слоя)
П. 3) Отекание дисперсионной среды под действием силы тяжести(синерезис) в высокостабильных
П., приводящее к возникновению гидростатически равновесного состояния, в к-ром
кратность слоя П. тем больше, чем выше он расположен; в низкократных П. синерезис
ведет к возникновению под П. слоя жидкости.
При изучении П. применяют
разл. методы дисперсионного анализа
: микрофотографирование, совместное
измерение электропроводности и капиллярного давления в каналах, определение
мех. (упругих) св-в П., наблюдение за кинетикой изменения высоты столба и толщины
слоя дисперсионной среды под П., а также исследование разл. св-в П. (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 П.; для этого применяют как
разл. физ. воздействия на П. (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 П. 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.П., Таубе П
Р.. Непрочное чудо. M.. 1983: Кругляков П M , Ексерова Д Р.. Пены и пенные
пленки. M . 1990.
А В. Перцов.
|
