De Vries ha fet investigacions sobre l'estabilitat de l'escuma en els sistemes d'escuma en fase aquosa, exposant els principis bàsics i alguns punts d'estabilització en la formació d'escuma de poliuretà.
La investigació creu que quan un determinat volum de gas es dispersa en un volum unitari de fase líquida, per tal de produir una escuma microcel·lular dispersa relativament uniformement, s'ha d'aplicar una certa energia lliure (ΔF) al sistema, tal com s'expressa amb el següent fórmula.
△F=yA
on ΔF és l'energia lliure; y és la tensió superficial; A és l'àrea total de la interfície de la bombolla.
Atès que en el sistema d'escuma líquida, sempre hi ha una tendència a que la superfície de la interfície gas-líquid disminueixi, si el sistema no rep prou energia lliure, les bombolles de la fase líquida es fusionaran o col·lapsaran. Segons el principi de la fórmula anterior, l'addició de substàncies que redueixin la tensió superficial y, com els tensioactius d'oli de silicona, pot obtenir una àrea d'interfície de bombolla total més gran (A) en les mateixes condicions d'energia ΔF. Per tant, l'addició de persones Els tensioactius adequats faciliten la formació de dispersions de bombolles fines.
Mobay Chemical Company dels Estats Units va utilitzar una càmera d'alta velocitat per seguir i observar el procés de formació de l'escuma de poliuretà. En el procés d'augmentar gradualment la viscositat del material, la forma i el volum de les bombolles canviaran amb l'augment del temps i el volum de les bombolles canviarà de petit a gran. La forma també evoluciona gradualment d'una estructura de xarxa esfèrica a tridimensional de pentaedre i hexaedre.
Segons la teoria clàssica, en el procés d'escuma, la pressió del gas a la bombolla esfèrica és més gran que la pressió del líquid circumdant; la pressió del gas a la bombolla petita és més gran que la de la bombolla gran, i la diferència de pressió entre ells és △ p i ΔP' representen.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
on y és la tensió superficial; R és el radi de la bombolla; R1 i R2 són els radis de les bombolles petites i grans, respectivament.
Amb el temps, les petites bombolles s'expandeixen, es difonen i es fusionen en les bombolles més grans, donant al gas una forma i un volum progressivament més grans. Si s'afegeix a la fórmula un additiu que afavoreix la reducció de la tensió superficial, ajudarà a reduir la diferència de pressió entre bombolles grans i petites, millorarà l'estabilitat de l'escuma i produirà una estructura d'escuma amb cèl·lules més fines.
Com a l'altra cara de la bifàsica gas-líquid, el paper del líquid és un altre tema en la discussió sobre l'estabilització de la bombolla. És impossible obtenir bombolles estables en un líquid pur, independentment de la tensió superficial del líquid. Per obtenir bombolles relativament estables, s'han de complir les dues condicions següents:
1. Hi ha almenys dos o més sistemes al sistema;
2. Un component del sistema es pot adsorbir preferentment a la superfície de la bombolla. Segons la teoria de Gibbs, la seva tensió superficial està determinada pel tipus i la quantitat de soluts adsorbits.
dy=—ΣΓdμ
A la fórmula, Γ és el potencial químic del component; μ és l'excés de superfície del component.
D'acord amb la relació anterior, en el cas d'una certa quantitat de solut, l'augment de la superfície reduirà l'excés de superfície i l'augment de la tensió superficial dificultarà la major expansió de la superfície, és a dir, la bombolla. la pel·lícula es reduirà encara més. Per tant, augmentar la tensió superficial pot evitar l'aprimament de la paret de la bombolla i contribuir a l'estabilitat de la bombolla.
El líquid de la pel·lícula de la paret de la bombolla produirà un drenatge líquid a causa de l'acció capil·lar, que és un dels factors que afecten l'estabilitat de la cèl·lula.
La figura 6-2 és una vista de model de secció transversal ampliada de la part de la paret de la bombolla.
Segons la teoria de Laplace i Young, com que la pressió de la membrana de la paret cel·lular líquida a ① i ② és inferior a la pressió a la membrana de la paret ③, el líquid a la membrana de la paret ③ es mou a ①, ② dos Al mateix temps, a causa de la influència de gravetat, la major part del líquid fluirà cap a ②. La quantitat de flux de líquid és proporcional a la distància L entre els dos extrems de ① i ②, és a dir, com més gran sigui la distància L, més gran serà la quantitat de flux de líquid. Com a resultat de la dispersió del líquid, la paret de la pel·lícula líquida de la bombolla es farà més fina, cosa que és més desfavorable per a l'estabilitat de la bombolla. Com més gran sigui la viscositat del líquid, més difícil serà dispersar-lo. Per tant, l'augment de la viscositat del líquid tindrà, sens dubte, un paper positiu en l'estabilitat de l'escuma. Si s'afegeixen alguns catalitzadors que poden promoure la reacció del gel líquid al sistema de reacció del líquid per accelerar la velocitat d'augment de la viscositat del líquid, es reduirà el cabal de la pel·lícula líquida, cosa que és beneficiós per a l'augment de l'estabilitat de l'escuma. . De la mateixa manera, quan augmenta la temperatura del sistema de material, la viscositat del líquid disminuirà, la tensió superficial disminuirà i augmentarà la tendència de la paret del líquid de la bombolla a aprimar-se, la qual cosa accelerarà la ruptura de la paret de la bombolla. pel·lícula.
A més, també hi ha un efecte elèctric de doble cara en l'estabilització de l'escuma. Per exemple, els tensioactius iònics a banda i banda de la paret de la pel·lícula de bombolles, a causa de l'expansió de les bombolles, quedaran atrapats dins i fora de la pel·lícula líquida quan s'estira la pel·lícula líquida. Hi ha una barrera de càrrega a la superfície. Quan la superfície de la paret està a prop, la força repulsiva de les dues propietats elèctriques evitarà que la paret de la pel·lícula de bombolles s'aprima, i la força de Van der Waals a banda i banda de la paret líquida farà que la pel·lícula de la paret de la bombolla s'aprima sota l'acció de l'atracció mútua. . Però aquesta força és relativament feble.
