Монография 'посвящена физякохимии пенных пледеж и пен Описаны способы пол$*гения иед, их, «^рдение, методы исследования пленок и пен н их свойства. Рассмотрен!» закономерности процессов, вызывающих разрушение пен. Дан анализ теорий устойчивости пен; Изложены физико-химические основы регулирования технологических свойств пен различного назначения. , ф v
Для науярых и. шжеиерно-технйчв^сих работников, занимающихся
мпр' Пен ! Р^ИЗДИХ «гранях промышленно-
Может фиъ полезна студента.»* и аспирантам. • Табл. 31. Ил. 273. Библногр. список: 650 назв.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............... 7
Введение ................ 9
Принятые обозначения........... 13
1. ПОЛУЧЕНИЕ И СТРОЕНИЕ ПЕНЫ. КАПИЛЛЯРНОЕ ДАВЛЕНИЕ В ПЕНЕ 15
1.1. Общие сведения о пене............ 15
1.2. Способы получения пены............ 17
1.3. Форма пленок и пузырьков в пене......... 26
1.4. Дисперсность пены............. 34
1.5. Капиллярное давление в пене........... 39
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕННЫХ ПЛЕНОК 44
2.1. Исследование микроскопических пленок........ 44
2.1.1. Измерительные ячейки для получения и исследования пленок ................ 44
2.1.2. Определение толщины пленок........ 47
2.1.3. Определение капиллярного давления...... 48
2.1.4. Измерение краевых углов между пленкой и объемной фазой 51
2.1.5. Исследование разрушения черных пленок «-частицами . . 53
2.2. Исследование макроскопических пленок........ 53
2.2.1. Исследование больших плоских пленок на рамке ... 53
2.2.2. Методы измерения продольной электропроводности пленок 55
2.3. Исследование сферических пленок......... 58
3. ФИЗИКОХИМИЯ ПЕННЫХ ПЛЕНОК......... 61
3.1. Кинетика утончения пленок........... 62
3.2. Равновесное состояние пенных пленок........ 70
3.2.1. Изотермы расклинивающего давления и экспериментальная проверка теории ДЛФО.......... 70
3.2.2. Потенциал диффузного электрического слоя на поверхности раздела раствор электролита — газовая фаза .... 78
3.2.3. Расклинивающее давление черных пленок..... 86
3.2.4. Краевые углы, натяжение и линейное натяжение тонкой пленки............... 97
3.3. Кинетика разрушения пенных пленок......... 98
3.3.1. Критическая толщина прорыва пленок...... 99
3.3.2. Критическая толщина прорыва и образование черных пятен
в микроскопических пленках......... ЮЗ
3.4. Переход черных пленок от обычных к ньютоновским .... 104
3.4.1. Два равновесных состояния черных пленок..... 104
3.4.2. Экспериментальные исследования перехода черных пленок
от обычных к ньютоновским......... Ю6
3.4.3. Метастабильные черные пленки........ ИЗ
3.4.4. Электростатический характер перехода к ньютоновским черным пленкам............. 116
3
149 152
3.4.5. Основные различия между обычными черными и ньютоновскими черными пленками..........11J
3.5. Взаимосвязь образования черных пленок со свойствами адсорбционных слоев ПАВ..............120
3.5.1. Свойства адсорбционных слоев ПАВ......121
3.5.2. Вероятность наблюдения черных пленок и ее зависимость
от состояния адсорбционных слоев.......124
3.5.3. Образование черных пленок из нерастворимых монослоев
ПАВ . . ............126
3.6. Прорыв ньютоновских черных пленок........127
3.6.1. Сравнение зависимостей времени жизни от концентрации
ПАВ для обычных и ньютоновских черных пленок . . . 127
3.6.2. Теория прорыва ньютоновских черных пленок . . . . 129
3.6.3. Экспериментальная проверка теории прорыва ньютоновских черных пленок.............133
3 6.4. Разрушение ньютоновских черных пленок при облучении
а-частицами.............136
3.7. Диффузионный перенос газа через пенные пленки . . . . . 140
3.7.1. Закономерности диффузии газа через пленки. Проницаемость тонких пленок ........... 140
3.7.2. Проницаемость ньютоновских черных пленок .... 146
3.8. Свойства эмульсионных и несимметричных пленок.....149
3.8.1. Эмульсионные пленки...........
3.8.2. Несимметричные пленки типа жидкость — жидкость — газ
4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ И ЗАВИСИМЫХ ОТ НИХ СВОЙСТВ ПЕНЫ........... .
4.1. Взаимосвязь геометрических (структурных) параметров пены и ее физико-химических характеристик....... . . 160
4.2. Определение кратности (плотности) пены....... 167
4.3. Определение давления в каналах Плато — Гиббса . . . . . 169
4.4. Определение дисперсности пены.......... 171
4.5. Исследование распределения жидкости в пене и профиля каналов 180
5. СИНЕРЕЗИС ПЕНЫ..............182
5.1. Краткая характеристика синерезиса.........183
5.2. Методы исследования синерезиса..........185
5.3. Синерезис пен при больших перепадах давления.....186
5.3.1. Гидродинамическая модель пены...... . . 18&
5.3.2. Закономерности течения жидкости через полиэдрическую
пену ............... 190
5.3.3. Уравнения синерезиса, протекающего под действием перепада давления............. 198-
5.3.4. Экспериментальное исследование кинетики установления равновесного давления в каналах пены...... 203-
5.4. Синерезис пены в гравитационном поле........ 210
5.4.1. Уравнения синерезиса в гравитационном поле . . . . 210
5.4.2. Начальная стадия синерезиса........ 215
5.4.3. Влияние структуры пены и свойств раствора пенообразователя на скорость синерезиса........ 219
5.4.4. Синерезис трехфазных пен....... 9ок
160
5.5. Влияние внутреннего разрушения структуры пены на синерезис 229
6. САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПЕНЫ....... 230
6.1. Методы исследования кинетики внутреннего разрушения пены . , 232
6.2. Внутреннее разрушение пены при диффузионном переносе газа 237
6.3. Коалесценция.............. . 242
6.4. Кинетика внутреннего разрушения пены........ 245
65. Разрушение столба пены............. 250
6.5.1. Разрушение столба пены в гравитационном поле . . . 251
6.5.2. Влияние давления в каналах Плато — Гиббса на разрушение столба пены............ 253
6.6. Сравнение скоростей внутреннего разрушения пены и уменьшения
ее объема.............. . . 2'56
7. УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕНЫ И СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПАВ 260
7.1. Определение понятий устойчивости пены и пенообразующей способности растворов............... 260
7.2. Характеристики устойчивости по отношению к разрушению столба
пены................• 263
7.3. Кинетические факторы устойчивости пены....... 266
7.4. Термодинамические факторы устойчивости пены ...... 274
7.5. Модельные подходы к изучению устойчивости пены и анализ факторов стабилизации ... . . ....... 275
7.5.1. Роль пенных пленок в устойчивости пен...... 276
7.5.2. Устойчивость реальной пены.......... 282
76. Физико-химические свойства ПАВ и стабилизирующая способность
их растворов............... 285
7.7. Зависимость кратности пены от способа ее получения и свойств раствора ПАВ............... 289
7.8. Пенообразующая способность растворов и устойчивость пены . . 291 79. Устойчивость динамических пен.......... 295
8. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕНЫ.......... 299
8.1. Механические свойства............ 299
8.2. Реологические свойства............ 302
83. Электрические свойства............ 307
8.3.1. Электропроводность........... 307
8.3.2. Электрокинетические свойства........ 311
8.4. Оптические свойства............. 314
8.5. Теплофизические свойства............ 319
9. РАЗРУШЕНИЕ ПЕНЫ ПОД ДЕЙСТВИЕМ АНТИВСПЕНИВАТЕЛЕЙ . . 324
9.1. Методы определения пеногасящей способности веществ .... 325
9.2. Адсорбционный (гомогенный) механизм разрушения пены . . . 332
9.3. Пеногашение в гетерогенных системах........ 336
9.3.1. Подавление образования черных пятен в микроскопических пленках .............. 338
9.3.2. Роль растекания антивспенивателей ....... 340
9.3.3. Механизм гетерогенного пеногашения...... 342
9.4. Инверсия пеногасящей способности спиртов....... 349
10. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕН............. 354
10.1. Классификация пен и пленок по свойствам, определяющим их техническое назначение............. 354
10.2. Общие принципы регулирования физико-химических свойств пены 357
10.3. Закономерности процессов концентрирования и разделения ПАВ
в пене................. 362
10.3.1. Классификация методов поверхностного разделения . . 362
10.3.2. Адсорбционное концентрирование и очистка растворов
от ПАВ.............. 365
10.3.3. Пенное концентрирование индивидуальных ПАВ и смесей 371
10.3.4. Разделение компонентов смеси ПАВ в пене .... 379
10.4. Оптимизация технологических свойств отверждающихся пен . . 382
10.4.1. Теплоизоляторы на основе замороженных водных пен . . 383
10.4.2. Пенопласты на основе олигомеров....... 390
J0.5. Предупреждение пенообразования в процессах экстракции . . 394 10.6. Примеры использования природных продуктов как пенообразователей ................. 395
11. ЧЕРНЫЕ ПЕННЫЕ ПЛЕНКИ: ПРИЛОЖЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ ... 396
11.1. Метод определения фетальной зрелости легкого с помощью черных пленок................. 397
11.2. Бислойные пенные пленки как модель для исследования структуры альвеолярной поверхности и ее устойчивости...... 400
Библиографический список......... 402
Приложение................ 422
ПРЕДИСЛОВИЕ
Первая книга о мыльных пленках и пузырях появилась в конце прошлого века (Бойс, 1890 г.)*. Многие сведения в ней в значительной степени устарели, но тем не менее она не утратила привлекательности и познавательной ценности и в наши дни, о чем свидетельствуют неоднократные переиздания этой книги. Результаты дальнейших исследований макроскопических пленок были систематизированы и обобщены в монографии Майсельса с соавт., а микроскопических пленок —в ряде обзоров (Шелудко, Клуни с соавт.). Процессы образования и разрушения пен и их свойства, особенно имеющие прикладное значение, рассматривались в книгах Бикермана с соавт. (изданной в 1953 г. на английском языке), Манегольда (1953 г., на немецком языке), Бикермана (1973 г.) и Тихомирова (1975 г., 1983 г.). Кроме того, в разное время были изданы несколько книг и брошюр, посвященных применению пен в различных отраслях промышленности (в пожаротушении, при флотации, нефтедобыче, для борьбы с пылеобразованием).
Наука о пенах быстро развивается, многие процессы и свойства пены становятся доступными количественному описанию. Следует также отметить, что в большинстве упомянутых выше работ свойствам пенных пленок уделено недостаточно
внимания.
Вместе с тем разработка рецептур пенообразователей, получение и применение пен различного технического назначения проводятся в большинстве случаев полуэмпирически, без должного учета строения и физико-химических свойств пенообразователей и пен. Эти обстоятельства побудили авторов подготовить монографию по физикохимии пен, в которой описание и объяснение процессов, протекающих в пене, и равновесных состояний по возможности дается на основе количественных закономерностей взаимодействий различного типа (молекулярного, электростатического и др.) физико-химической гидродинамики и других поверхностных явлений.
В настоящей книге отражены последние достижения в области исследования модельных пенных пленок и проведены сравнения их свойств со свойствами реальной пены. Другой важной особенностью книги является изложение общих научных принципов регулирования физико-химических параметров пены и пленок и на их основе технологических свойств пены.
Значительная часть излагаемого материала получена в результате исследований авторов, в том числе многолетних совместных научных работ в Болгарии и СССР. Большинство этих исследований проведено с использованием разработанно-
Цена: 300руб.
