Определение пенообразования жидкостей, методы снижения пенообразования

 

Способность ПАВ образовывать пену является важной характеристикой. Методы определения пенообразующей способности жидкостей можно разделить на динамические и статические (псевдостатические). Динамические анализаторы позволяют измерить скорость образования/разрушения пены.

Пенообразование встречается во многих технологических процессах либо как целевой, либо как нежелательный (побочный) продукт. В обоих случаях динамический анализатор пены DFA100 поможет изучить процесс пенообразования жидкостей и принять меры по его снижению или стабилизации. В обоих случаях формирование пены можно описать математическим уравнением (моделью).

Как измерить устойчивость пены

Институт коллоидов и поверхностей Макса Планка запатентовал параметры t_dev и t_tr, описывающие кинетику распада и выделение воды. Они описывают стабильность пен на базе проверенных научных параметров, характеристики в краткосрочном периоде и стабильность пен.

В дополнение к параметрам t_dev и t_tr, рассчитанные данные позволяют судить об обычных характеристиках пены в отношении стабильности и распада.

• Новые, запатентованные параметры t_dev и t_tr
• Зависимость распада (высоты пены) от времени, аналогично методу Росса-Майлса
• Временя полураспада
• Время распада для 10, 20 и 30 мм столба (метод NIBEM)
• Специфические объемы, потенциал и плотность пены

Пены - определение, строение, устойчивость и пенообразователи

Капилляр в DFA100 располагается между источником света и фотодектором. Жидкая и газовая фазы пропускают свет; точки раздела фаз жидкость/пена и пена/воздух фиксируются по изменению интенсивности светового потока.

В зависимости от времени определяются высота столба жидкости h1 и пены hf (f = "foam"). Во время образования пены высота пены hf постоянно увеличивалась, в то время, как высота столба жидкости h1 - уменьшалась. Причина этого заключается в том, что во время создания пены жидкость включается в пенную фазу, что и приводит к снижению объема. В то же время высота пены увеличивается.
После окончания формирования пены (в момент времени tend) высота пены имеет максимальное значение, а высота жидкости - минимальное.

В последующий период времени (t > t_end) происходит разрушение пены в три этапа. Сначала из пены выделяется вода, что приводит к увеличению высоты жидкости (h1) и снижению высоты пены (hf).
На этой стадии общая высота H = h₁ + h_f остается постоянной, т.к. сокращение одного столбца компенсируется приростом другого. Окончание первого этапа обозначается tdev ("deviation time") и соответствует началу разрушения пены.
На втором этапе пена начинает схлопываться, при этом процесс выделения воды продолжается. В это время общая высота Н начинает уменьшаться. Окончание этой фазы обозначают t_tr ("transition time") - это точка окончания выделения воды.

На третьем этапе вода уже не выделяется, а высота пены снижается за счет разрыва тонких пленок. Общая высота на данном этапе снижается медленнее, чем на второй стадии.
Кривую, описывающую разрушение пены, можно описать с помощью математического уравнения, в котором задействованы выше описанные параметры.
Оба параметра t_dev и t_tr характеризуют стабильность пен: чем выше значения, тем более стабильна пена. Склонность вещества к пенообразованию напрямую коррелируется с максимальным значением общей высоты Н.

Снижение пенообразования

Изучение строения пены и устойчивости пенообразователей важны при исследованиях для улучшения существующих и создания новых продуктов. Снижение пенообразования может существенно улучшить продукцию, в которой пенообразование является побочным эффектом. В этих исследованиях незаменимымм помощниками являются анализаторы пены компании KRUSS.

Для борьбы с пенообразованием используют 2 методики:

• можно предупредить пенообразование;
• можно разрушать образовавшуюся пену.

Снижение пенообразования в обоих методах достигается добавлением в продукт антивспенивающих химических веществ (агентов) в пропорциях, определенных на стадии исследования.