Пенообразование в растворах поверхностно-активных веществ

Наконец, при достаточно высокой при концентрации ПАВ, когда весь полимер, присутствующий в системе, расходуется на образование комплекса полимер-мицелла, устойчивость пены по сравнению с системой без полимера увеличивается. Причина повышения устойчивости пены при возникновении комплексов полимер-мицелла заключается в повышении объемной и поверхностной вязкостей, что замедляет дренаж пены.

Стабилизация пен частицами и белками

Твердые частицы и поверхностно-активные высокомолекулярные вещества, например белки, составляют две другие группы стабилизаторов пен в водных растворах. Известны два различных механизма стабилизации пен твердыми частицами. Об одном из них уже упоминалось выше при обсуждении дренажа пен. Диспергированные частицы захватываются каналами, при этом скорость дренажа понижается. Этот механизм осуществим, когда частицы не обладают сродством к поверхности жидкость-воздух и полностью диспергированы в дисперсионной среде.

По второму механизму частицы действуют как поверхностно-активные компоненты. Для гидрофильных частиц это достигается модифицированием путем адсорбции или химического «пришивания» к поверхности частиц гидрофобных фрагментов. Слишком высокая гидрофобность частиц приведет к их осаждению. Если получить частично гидрофобизированные частицы, они будут вести себя как поверхностно-активные вещества и проявлять сродство к поверхности вода-воздух. Такие системы образуют очень устойчивые пены. Наилучшая стабилизация достигается, когда краевой угол воды близок к 90°. В этом случае одна половина частицы погружена в жидкость, в другая находится на воздухе.

Аналогичным образом белки стабилизируют пены при значениях рН, близких к изоэлектрической точке. Сильно заряженные белки обычно легко растворяются в воде и не обнаруживают поверхностной активности, а при рН, близких к изоэлектрической точке, белки менее растворимы. Поверхностная активность полимера повышается при уменьшении объемной растворимости. Это справедливо и для белков. Белки концентрируются на границе раствор-воздух по мере приближения рН к изоэлектрической точке. Повышение поверхностной активности отражается в повышении пенообразующей способности. Однако в изоэлектрической точке уменьшается растворимость белка.

Рис. 10. Твердые частично гидрофобизированные частицы действуют как пенообразователи. Оптимальная стабилизация пен достигается, если частицы образуют с водой краевой угол -90°

Пеногасители

В промышленных процессах пенообразование обычно нежелательно, поскольку оно препятствует производству продукта с высокими скоростями. Если пена все-таки появляется в таких системах, как правило, для борьбы с ней в систему вводят вещества, обладающие пеногасящими свойствами. Обычно это поверхностно-активные вещества или системы, разрушающие пену за счет растекания по пенной пленке. Например, пены, стабилизированные ионными ПАВ, можно легко разрушить, распыляя октанол поверх пены. Капли октанола, обладая очень низким поверхностным натяжением, растекаются по пенным пленкам. Этот процесс захватывает слой жидкости под поверхностью, вызывая утончение пенной пленки вплоть до ее разрыва.

Отметим, что октанол можно использовать только путем его распыления. Предварительное смешивание октанола с раствором ПАВ может, наоборот, привести к стабилизации пены, поскольку добавки октанола часто приводят к образованию ламелярной жидкокристаллической фазы с очень высокой способностью стабилизировать пенные пленки. Понятно, что октанол следует использовать с осторожностью, поскольку в конце концов могут образоваться даже более устойчивые пены. Другой механизм пеногашения под действием органических веществ, в том числе и октанола, может состоять в локальном увеличении общего КПУ системы из-за внедрения органических молекул между углеводородными фрагментами молекул ПАВ в монослое на границе вода-воздух. При этом возрастает вероятность возникновения дырок в пенных пленках, в результате происходит понижение пенообразующей способности.