De Vries ha realizado investigaciones sobre la estabilidad de la espuma en sistemas de espuma en fase acuosa, exponiendo los principios básicos y algunos puntos de estabilización en la formación de espuma de poliuretano.
La investigación cree que cuando un cierto volumen de gas se dispersa en una unidad de volumen de fase líquida, para producir una espuma microcelular dispersada de manera relativamente uniforme, se debe aplicar una cierta energía libre (ΔF) al sistema, como se expresa por la siguiente fórmula.
△F=yA
donde ΔF es la energía libre; y es la tensión superficial; A es el área total de la interfaz de la burbuja.
Dado que en el sistema de espuma líquida, siempre hay una tendencia a que disminuya el área superficial de la interfase gas-líquido, si el sistema no recibe suficiente energía libre, las burbujas en la fase líquida se fusionarán o colapsarán. De acuerdo con el principio de la fórmula anterior, la adición de sustancias que reducen la tensión superficial y, como los tensioactivos de aceite de silicona, puede obtener un área de interfaz de burbuja total mayor (A) en las mismas condiciones de energía ΔF. Por lo tanto, la adición de agentes tensioactivos apropiados facilita la formación de dispersiones de burbujas finas.
Mobay Chemical Company de los Estados Unidos usó una cámara de alta velocidad para rastrear y observar el proceso de formación de la espuma de poliuretano. En el proceso de aumento gradual de la viscosidad del material, la forma y el volumen de las burbujas cambiarán con el tiempo, y el volumen de las burbujas cambiará de pequeño a grande. La forma también evoluciona gradualmente de una estructura de red esférica a tridimensional de pentaedro y hexaedro.
Según la teoría clásica, en el proceso de formación de espuma, la presión del gas en la burbuja esférica es mayor que la presión del líquido circundante; la presión del gas en la burbuja pequeña es mayor que la de la burbuja grande, y la diferencia de presión entre ellas es △ p y ΔP' representan.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
donde y es la tensión superficial; R es el radio de la burbuja; R1 y R2 son los radios de las burbujas pequeñas y grandes, respectivamente.
Con el tiempo, las burbujas pequeñas se expanden, se difunden y se fusionan en las burbujas más grandes, dando al gas una forma y un volumen progresivamente mayores. Si se agrega a la fórmula un aditivo que sea propicio para reducir la tensión superficial, ayudará a reducir la diferencia de presión entre las burbujas grandes y pequeñas, mejorará la estabilidad de la espuma y producirá una estructura de espuma con células más finas.
Como el otro lado de la bifásica gas-líquido, el papel del líquido es otro tema en la discusión de la estabilización de burbujas. Es imposible obtener burbujas estables en un líquido puro, independientemente de la tensión superficial del líquido. Para obtener burbujas relativamente estables, se deben cumplir las siguientes dos condiciones:
1. Hay al menos dos o más sistemas en el sistema;
2. Un componente del sistema se puede adsorber preferentemente en la superficie de la burbuja. Según la teoría de Gibbs, su tensión superficial está determinada por el tipo y la cantidad de solutos adsorbidos.
dy=—ΣΓdμ
En la fórmula, Γ es el potencial químico del componente; μ es el exceso de superficie del componente.
De acuerdo con la relación anterior, en el caso de una cierta cantidad de soluto, el aumento del área superficial reducirá el exceso de superficie, y el aumento de la tensión superficial dificultará la expansión adicional del área superficial, es decir, la burbuja. la película se adelgazará aún más. Por lo tanto, aumentar la tensión superficial puede evitar el adelgazamiento de la pared de la burbuja y contribuir a la estabilidad de la burbuja.
El líquido en la película de la pared de la burbuja producirá un drenaje de líquido debido a la acción capilar, que es uno de los factores que afectan la estabilidad de la celda.
La figura 6-2 es una vista del modelo en sección transversal ampliada de la parte de la pared de la burbuja.
De acuerdo con la teoría de Laplace y Young, dado que la presión de la membrana de la pared celular líquida en ① y ② es menor que la presión en la membrana de la pared ③, el líquido en la membrana de la pared ③ se mueve hacia ①, ② dos al mismo tiempo, debido a la influencia de gravedad, la mayor parte del líquido fluirá a ②. La cantidad de flujo de líquido es proporcional a la distancia L entre los dos extremos de ① y ②, es decir, cuanto mayor sea la distancia L, mayor será la cantidad de flujo de líquido. Como resultado de la dispersión del líquido, la pared de la película líquida de la burbuja se volverá más delgada, lo que es más desfavorable para la estabilidad de la burbuja. Cuanto mayor es la viscosidad del líquido, más difícil es dispersar el líquido. Por tanto, el aumento de la viscosidad del líquido indudablemente jugará un papel positivo en la estabilidad de la espuma. Si se agregan al sistema de reacción líquido algunos catalizadores que pueden promover la reacción de gel líquido para acelerar la velocidad de aumento de la viscosidad del líquido, se reducirá la velocidad de flujo de la película líquida, lo que es beneficioso para aumentar la estabilidad de la espuma. . De la misma manera, cuando la temperatura del sistema material aumenta, la viscosidad del líquido disminuirá, la tensión superficial disminuirá y la tendencia de la pared del líquido de la burbuja a adelgazarse aumentará, lo que acelerará la ruptura de la pared de la burbuja. película.
Además, también hay un efecto eléctrico de doble cara en la estabilización de la espuma. Por ejemplo, los tensioactivos iónicos en ambos lados de la pared de la película de burbujas, debido a la expansión de las burbujas, quedarán atrapados dentro y fuera de la película líquida cuando se tira de la película líquida. Hay una barrera de carga en la superficie. Cuando la superficie de la pared está cerca, la fuerza repulsiva de las dos propiedades eléctricas evitará que la pared de la película de burbujas se adelgace, y la fuerza de van der Waals en ambos lados de la pared líquida hará que la película de la pared de burbujas se adelgace bajo la acción de la atracción mutua. . Pero esta fuerza es relativamente débil.
