В работе Стивенсона [109] качественно с помощью фото­съемки процесса взаимодействия пен с масляным загрязнением, содержащим графит, показано, что пена дробит капли и пленки загрязнения до отдельных глобул, которые втягиваются в пену. Наиболее эффективными для дробления оказались пепы из рас­творов анионных ПАВ.

Предпринята попытка [67] количественно оценить эффектив­ность дробления пенами жидкостей в зависимости от их вязко­сти и поверхностного натяжения, а также изучить распределе­ние удаляемого вещества в жидкой фазе пены. С этой целью были использованы нитробензол, анилин и ж-крезол, т. е. веще­ства, обладающие различной вязкостью и поверхностным натя­жением. Капли этих жидкостей наносили на стеклянную пласти­ну, покрывали пеной из раствора, содержащего по 0,5% (масс.) сульфонола и тринатрийфосфата, и раздробленную под действи­ем пены каплю фотографировали через определенные проме­жутки времени. Экспериментальные данные об эффективности

Рис 84. Влияние кратности пен р на эффективность дробления капли нитро­бензола.

Дроблении жидкостей, обладающих различной вязкостью и по­верхностным натяжением, представлены на рис. 83.

Как видно из рис. 83, дробление жидкости пенами во времени протекает в две стадии. На первой стадии, характеризующейся резким подъемом кривых и заканчивающейся в зависимости от вязкости и поверхностного натяжения через 0,5—3 мин, интен­сивность дробления максимальна. При этом она зависит от вяз­кости и поверхностного натяжения жидкости: чем больше вяз­кость, тем с меньшей скоростью протекает процесс дробления (меньше угол наклона первого участка кривой). Жидкости, об­ладающие меньшим поверхностным натяжением, подвергаются дроблению наиболее интенсивно. Суммарное влияние вязкости и поверхностного натяжения приводит к тому, что время достиже­ния предельной степени дробления может изменяться в широких пределах: для нитробензола — 30 е, для апплпна — 1 мин, а для. u-крезола — более 3 мпп. На второй стадии интенсивность дроб­ления жидкости снижается.

Рис. 84 характеризует зависимость степени дробления нит­робензола от кратности пены. Пены, обладающие высокой крат­ностью, обеспечивают большую предельную степень дробления, чем пены с низкой кратностью. Это объясняется тем, что с ро­стом кратности пепы увеличивается средний диаметр ее пузырь­ков, а так как дробление жидкости протекает в результате распределения ее в промежутках между пузырьками, то пло­щадь, занимаемая каплей 5т при использовании высокократной пены, больше, чем в пене низкой кратности. Нельзя исключить п влияние более высокого капиллярного давления в высокократ - пых ненах [79].

12—952

Рнс. 85. Распределение Na332P04 В слоях пены в зависимости от времени нахож­дения ее на поверхности пластины.

Расстояние между слоем пены н понерхио-

Сгыо пластины (и мм) / — 0—0.5; 2 — 0,5 1.0; 3- 1,0 2,0 - I — более 2 мм.

В описанном эксперименте проводили количественное изу­чение процесса дробления в плоскости пятна капли. Распре­деление вещества в жидкой фазе пены по вертикали изучали пу­тем измерения радиоактивности срезанных после замораживания слоев пены на высоте 2; 1; 0,5 мм от. поверхности стеклянной пластины (радиоактивным препара­том служил водный раствор соли Ыаз32Р04).

Из рис. 85 видно, что распределение Na332PC>4 з пене про­текает с большой скоростью, слои содержат максимальное ко­личество радиоактивного вещества уже через 3—4 с после нане­сения пены. Возможно, процесс всасывания вещества в пену протекает еще быстрее, однако примененная методика не позво­ляла сократить время контакта пены с веществом. Во всяком случае, максимальное содержание радиоактивного вещества в пене практически не зависит от экспозиции пены в интервале от 3 до 15 с и не уменьшается в течение 30 с. Затем начинается процесс истечения жидкости из пены, приводящий к обеднению верхних ее слоев радиоактивным раствором и обогащению ниж­них слоев. Максимальная высота всасывания жидкости в гену достигает 2 мм.

Процесс дробления жидкости пенами и всасывания капель внутрь пены является следствием нестабильности этой коллоид­ной системы.

Для выяснения причины подъема жидкости внутрь пены рас­смотрим возможности диффузионного переноса вещества. Рас­пределение вещества в слоях пены (в описанном выше опыте — 4 слоя) можно описать уравнением [323]

V/(0Rt> = V/(D2T2) Где H — толщина слоя; D — коэффициент диффузии.

Это уравнение показывает, что содержание диффундирую­щего вещества в слое толщиной hi для времени ti и коэффи­циента диффузии Ј>i то же, что и в слое толщиной Л2 для вре­мени т2 и коэффициента диффузии £>2. Для определения D, ис­ходя из экспериментально найденного соотношения количеств веществ в четырех слоях находят значение х по таблице, приве­денной в [323], которому соответствует это соотношение; по значению х определяют D.

По результатам опытов с водным раствором трннатрнпфос - фата для времени т=3 с распределение вещества в слоях со­ставляет (в относительных единицах) : 7; 14; 24; 54 (сверху впнз). По данным [323] находим x = h2l(Dx)= 0,32, о i куда D=3380 см-'/сут. Практически коэффициент диффузии жидко­стей близок к значению 2 см2/сут. Следовательно, явление всасы­вания жидкости в пену нельзя объяснить диффузионным перено­сом вещества.

Поскольку на эффективность очистки определенное, хотя и не решающее влияние оказывает межфазное натяжение на гра­нице моющий раствор — жидкое загрязнение, изучали влияние концентрации ПАВ (сульфонол НП-1) на межфазное натяже­ние на границе раствор сульфонола — органическая жидкость, влияние межфазного натяжения на степень дробления органи­ческих жидкостей пенами, а также влияние различных веществ, входящих в композиции для стирки и очистки, на межфазное натяжение па границе органическая жидкость — моющий рас­твор. Межфазпое натяжение определяли (прн 20 "С) но меюду взвешивания капли, а степень дробления оценивали по площади пятна капель жидкости одинаковой массы через некоторое рремя после нанесения пены. Площадь пятна измеряли по мик­рофотографиям с постоянным увеличением.

Полученные данные (табл. 17) показывают, что самопроиз­вольное эмульгирование анилина не наступает даже при кон­центрации сульфонола, равной 5%. Эмульгирование нитробен­зола п лг-крсзола наступает соответственно при концентрации 5 и 1%. Введение равных количеств гексаметафосфата натрия или трнпатрнйфосфата вызывает самопроизвольное эмульгиро­вание при меньших концентрациях ПАВ (табл. 18). Так, нитро­бензол самопроизвольно эмульгируется при концентрации 0,5% сульфонола и 0,5% трнпатрнйфосфата.

В табл. 19 приведены данные, характеризующие влияние концентрации сульфонола и тринатрийфосфата па эффектив­ность дробления органических жидкостей пенами, а также зна-

Чения межфазного натяжения исследованных растворов. Из приведенных данных видно, что с увеличением концентрации сульфонола наблюдается более эффективное дробление иссле­дованных веществ. Более низкому значению межфазного натя­жения всегда соответствует более эффективное дробление орга­нической жидкости.

Влияние добавок, являющихся составными частями моющих композиций (карбоната натрия, силиката натрия, карбоксиме - тилцеллюлозы), а также растворителей (этанола и ацетона) на значение межфазного натяжения на границе раствора ПАВ с анилином иллюстрирует рнс. 86. При наличии в моющем рас­творе карбоната натрия, силиката натрия и карбоксиметилцел - люлозы в концентрации 0,05—0,1% межфазное натяжение зна­чительно снижается, поэтому вводить эти вещества в моющие композиции в большом количестве нецелесообразно. Заметное

Рис. 86. Влияние некоторых добавок (а) и растворителей (б) иа межфазиое натяжение на границе раздела 1%-ный раствор сульфонола НП-1—анилии: / — карбонат натрия; 2 — силикат натрии; 3 — карбоксимстилциллюлозя; ■/ — «шпал; 5—

Ацетон.

Снижение межфазного натяжения под влиянием органических растворителей (этанол, ацетон) наблюдается лишь при боль­ших концентрациях их в растворе.

Данные, представленные па рис. 87, показывают, что в узком интервале малых значений концентрации препарата ОП-7 меж­фазиое натяжение До резко снижается, затем с ростом с значе­ние Да увеличивается. Наличие минимума на кривых подтверж­дено в работе Шварца и Перри.

Если отмываемое пеной жидкое вещество обладает пепога - сящнмп свойствами, то прн контакте пены с этим веществом оно растекается по поверхности раздела с образованием полости (см. разд. 14.3). Установлено, что при очистке различных объ­ектов с помощью пен, например, от н-валериановой кислоты, на образование «полости» расходуется лишь 0,5% пеиогасящего вещества. Однако если к оставшейся капле пеиогасящего веще­ства подвести свежую порцию пепы, что практически легко мо­жет быть реализовано (например, вследствие стекання пепы с наклонных н вертикальных поверхностей), то па образование новой «полости» будет расходоваться еще некоторое количест­во вещества, и т. д. Поэтому многократное нанесение свежих порций пены па обрабатываемую поверхность приведет к рас­пределению большей части вещества на поверхности раздела раствор — воздух и к 'полному удалению пеиогасящего вещества Дб-ю, н/м с поверхности.

Для визуального изучения процесса взаимодействия н-вале-

Рнс. 87. Влияние концентрации препа­рата ОП-7 (или ОП-Ю) иа межфазное натяжение на границе раздела моющий раствор — анплнн.

Моющий растиор содержит 0,5% сульфоно­ла и неионогениос ПАВ.

Риановой кислоты при контакте с псион были зарегистрирова­ны на кинопленку стадии образования «полости» (кислоту под­крашивали нерастворимым в воде красителем Судан-6). Кино­съемка показала, что в начальный момент в местах соприкосно­вения кислоты с пеной образуются отдельные пустоты, сливаю­щиеся в общую «полость». Процесс с большой скоростью закан­чивается через 3—5 с.