Пены
ПЕНЫ, дисперсные
системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой.
Пены обычно являются сравнительно грубодисперсными высококонцен-трир системами
(разб. системы типа газ жидкость наз. газовыми эмульсиями). Объемное содержание
дисперсионной среды обычно характеризуют кратностью пены К отношением объема
пены к объему дисперсионной среды. Различают низкократные пены (К от 3
до неск. десятков) и высокократные (К до неск. тысяч). Малоустойчивые
(дина-мич.) пены существуют лишь при непрерывном смешении газа с пенообразующим
р-ром в присут. пенообразователей 1-го рода (по классификации пен А. Ребиндера),
напр. низших спиртов и орг. к-т. После прекращения подачи газа такие пены быстро
разрушаются. Высокостабильные пены могут существовать в течение мн. минут и даже
часов. К пенообразователям 2-го рода, дающим высокостабильные пены, относят мыла
и синтетич ПАВ.
По способу получения различают
конденсационные пены, в частности химические, к-рые образуются в результате к.-л.
хим. р-ции вследствие выделения газообразных продуктов (так получают большинство
пен с твердой дисперсионной средой пенобетоны, пенопласты), и диспергационные,
в т ч. барботажные, получаемые при пропускании газа через жидкость. Пены могут
быть также получены с помощью спец. устройств пеногенераторов.
Для пен, 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 пене является пентагональный
додекаэдр (двенадцатигранник с пятиугольными гранями), часто с 1 3 дополнит.
гранями; ср. число пленок, окружающих ячейку, обычно близко к 14. В низкократной
пене форма ячеек близка к сферической и размер пленок мал.
Пены 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 пен. К таким процессам относят: 1) утоньшение пленок и их
послед. разрыв; в результате увеличивается средний размер ячеек
при разрыве пленок в объеме пены или уменьшается высота столба (слоя) пены, если
разрываются пленки, отделяющие поверхностные ячейки пены от внеш. газовой среды;
дисперсность пены падает. 2) Диффузионный перенос газа из малых ячеек в более
крупные (в полидисперсной пене) или из поверхностных ячеек во внеш. среду; это
приводит к исчезновению поверхностных ячеек и уменьшению высоты столба (слоя)
пены. 3) Отекание дисперсионной среды под действием силы тяжести(синерезис) в высокостабильных
пенах, приводящее к возникновению гидростатически равновесного состояния, в к-ром
кратность слоя пены тем больше, чем выше он расположен; в низкократных пенах синерезис
ведет к возникновению под пеной слоя жидкости.
При изучении пен применяют
разл. методы дисперсионного анализа: микрофотографирование, совместное
измерение электропроводности и капиллярного давления в каналах, определение
мех. (упругих) св-в пен, наблюдение за кинетикой изменения высоты столба и толщины
слоя дисперсионной среды под пенами, а также исследование разл. св-в пен (скорости
растекания, теплопроводности и др.). Важной задачей в разл. технол. процессах,
особенно в хим. и микробиол. пром-сти и теплоэнергетике, является предотвращение
вспенивания жидкостей и разрушение образовавшейся пены; для этого применяют как
разл. физ. воздействия на пены (обдувание перегретым паром или сухим воздухом,
обработка ультразвуком, ионизирующим излучением и др.), так и хим. реагенты.
Из последних выделяют в-ва, предотвращающие образование пен (напр., кремнийорг.
соединения), и пеногасители (высшие спирты, олеиновая к-та).
Среди важнейших традиц.
областей применения пен 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.