Пенообразование в растворах поверхностно-активных веществ

Значения КПУ систем, содержащих анионные ПАВ, чувствительны также к добавкам неионных длинноцепочечных дифильных веществ - жирных кислот и спиртов. Эти вещества увеличивают значение КПУ системы в целом, что приводит к увеличению пенообразующей способности по сравнению с исходной системой с небольшими значениями КПУ. Видно, что пенообразование при стабилизации водными растворами мыл зависит от рН. При высоких значениях рН жирные кислоты диссоциированы. При этом образуются мыла с низкими значениями КПУ, что сопровождается снижением пенообразующей способности из-за нарушения когезии монослоев ПАВ в пенных пленках. При низких рН, когда ПАВ представлено в основном недиссоциированными жирными кислотами, пенообразующая способность также невелика. Но в этом случае повышается вероятность возникновения дырок из-за больших значений КПУ. Максимальная пенообразующая способность сдвигается в сторону больших значений рН для длинных алкильных цепей. При удлинении алкильной цепи значение КПУ увеличивается, и для баланса двух указанных сил требуются ПАВ с большим зарядом.

Таким образом, пенообразование контролируется параметром КПУ системы, так что максимальная пенообразующая способность достигается при промежуточных значениях КПУ. Однако такой подход содержит некоторые «ловушки», что было обнаружено, например, при изучении влияния на пены солей. В системах, содержащих ионные ПАВ, добавки солей приводят к увеличению КПУ. И для систем с низкими значениями КПУ пенообразование при введении солей должно увеличиваться. Но это происходит не всегда, поскольку при увеличении концентрации соли понижается отталкивание двойных электрических слоев между двумя поверхностями жидкость-газ в пленках, что приводит к уменьшению и пенообразующей способности, и устойчивости пен.

Рис. 9. Зависимость высоты столба пены от рН растворов жирных кислот при 50 0C Пенооб-разующая способность имеет максимум при промежуточных значениях рН.

Влияние полимеров на устойчивость пен

Водорастворимые полимеры входят в состав многих технологических композиций на основе водных растворов поверхностно-активных веществ, поэтому важно знать, как взаимодействие между полимерами и ПАВ влияет на устойчивость пен. Чтобы разобраться в этой проблеме, рассмотрим систему, в состав которой входят поливинилпирролидон и додецилсульфат натрия.

При концентрациях ниже ККМ, когда поверхностно-активное вещество не образует ассоциатов в объеме раствора, полимер и ПАВ сильно взаимодействуют на поверхности, о чем свидетельствует понижение поверхностного натяжения. Оно понижается вследствие усиления адсорбции ПАВ, индуцированного присутствием полимера. В этих условиях устойчивость пен при добавлении полимера увеличивается. По-видимому, полимер локализуется вблизи полярных групп ПАВ, при этом увеличивается поверхностная вязкость и стерическое отталкивание между двумя поверхностями в пенной пленке, что обусловливает повышение стабильности пены.

Когда концентрация становится выше ККМ, полимер начинает ассоциироваться с мицеллами ПАВ в водной фазе и десорбируется с поверхности. Это приводит к нехватке поверхностно-активного вещества на поверхности для обеспечения поверхностной упругости, необходимой для стабилизации пенных пленок, тогда как в отсутствие полимера поверхность в данной концентрационной области насыщена поверхностно-активным компонентом. Такая ситуация отвечает понижению устойчивости пены при введении полимера.