3. Стійкість та властивості пін

Для кульових пін розрізняють седиментаційну та агрегативну стійкість. У процесі перетворення кульової піни в поліедричну поняття седиментаційної стійкості втрачає сенс.

Агрегативна стійкість пін характеризується швидкістю укрупнення час-тинок дисперсної фази за рахунок коалесценції і ізотермічної перегонки. Ста-білізації пін досягають за допомогою поверхнево-активних речовин. В залежності від природи ПАР і властивостей адсорбційних шарів утворених ними, стійкість пін зумовлюється дією загальних для дисперсних систем факторів стабілізації (іонно-електростатичний, структурно-механічний бар’єр та ін.) і специфічним для пін і емульсій ефектом ГіббсаМарангоні.

Ефект ГіббсаМарангоні полягає в наступному. Тонкі плівки, що містять ПАР, здатні реагувати на локальні зміни товщини плівки. Течіння рідини в поверхневих шарах плівки веде до виносу ПАР і, відповідно, до збільшення поверхневого натягу. Це викликає виникнення двомірного тиску, спрямованого в бік, зворотній до течії (ефект Марангоні). Тому в присутності ПАР потоншан-ня плівок відбувається тільки по механізму витікання рідини між адсорб-ційними шарами ПАР. При малій товщині щілини цей процес перебігає з порівняно малою швидкістю.

В пінах (особливо сферичних) кривизна окремих ділянок не однакова. Відповідно, рідина в плівках і каналах знаходиться під різним тиском. В резуль-таті відбувається руйнування піни. Руйнування піни відбувається по трьох ме-ханізмах: а) витікання рідини із піни (синерезис), що зумовлює потоншання плівок без зміни об’єму піни; б) укрупнення великих чарунок піни і зникнення маленьких через дифузію газу через плівки; в) розрив плівок, зумовлюючий руйнування піни. Перевага одного чи іншого механізму залежить від багатьох факторів. До факторів, які визначають стійкість пін належать:

1. Геометрія молекули. В пінах, на відміну від емульсій, стабілізують молекули ПАР, що мають форму як „клину”, так і „циліндра”. Це пояснюється тим, що плівочки пін плоскі і геометрія молекули відповідно впливає не так значно.

2. Енергетика адсорбції ПАР. Слід враховувати, що для отримання висо-костійких пін (час життя – години) треба застосовувати ті колоїдні ПАР (мила).

3. Концентраційний фактор. Як було сказано вище ПАР є стабілізатора-ми пін при досягненні концентрацій, що забезпечують насиченний адсорбцій-ний шар.

Властивості пін характеризують наступними параметрами: 1) кратністю  відношенням об’єму піни до об’єму розчину, що витрачений на її утворення; 2) стабільністю  часом існування (життя) піни (пухирця, плівки) або певного об’єму піни; 3) дисперсністюрозподілом пухирців по розмірах, або середнім розміром пухирців.

Важливою характеристикою піни є понижений відносно атмосферного рівноважний капілярний тиск в каналах ПлатоГіббса.

Про стабільність піни можна робити висновок за зменшенням висоти її стовпчика Н протягом часу . Інша оцінка стійкості піни полягає у визначенні швидкості руйнування піни. Швидкість руйнування піни можна збільшити, увівши в систему певні речовини так звані піногасії (спирти, карбонові кислоти та ін), які мають поверхнево-активні властивості, але не утворюють міцних адсорбційних шарів.

Можливість одержання стійких пін повністю визначається властивостями молекулярних адсорбційних шарів, що утворюють стінки газових пухирців. Добрими стабілізаторами пін, або піноутворювачами, природно, є речовини, які є емульгаторами для емульсій масло/вода (оскільки в пінах дисперсною фазою . неполярне середовище – газ): мила, сапоніни (глюкозиди, виділені із рослин), білки, тверді частинки та ін.

В цьому випадку вуглеводневі радикали молекул мил розташовуються в газовій фазі, яка на відміну від рідкого неполярного середовища в емульсіях, не впливає на міжмолекулярні зв’язки між вуглеводневими ланцюгами і не перешкоджають їх структуруванню. Тому в пінах всі відомі види емульгаторів можуть утворювати міцні і цей же час еластичні поверхневі шари, що надає структурно механічному фактору важливе значення в стійкості пін.

В гомологічному ряді карбонових кислот стійкість пін зростає у відповідності зі зростанням поверхневої активності цих речовин.

На поверхні розчину існує різниця між капілярним тиском р=2/r в газовому пухирці і зовнішнім атмосферним тиском р₀. Для того щоб пухирець залишався стійким, необхідно, щоб міцність стінок газових пухирців була більшою за різницю (р – р₀), в противному випадку пухирець лопне.