Стабильность пен может быть определена путем измерения времени жизни отдельных пленок или пузырьков и времени разрушения столба пены. Пленку обычно извлекают из раство­ра с помощью проволочного кольца или рамки, а устойчивость ее оценивают по времени от момента полного вытягивания кольца (рамки) до разрушения пленки. Так как время сущест­вования плепкн обратно пропорционально ее площади, обычно применяют проволочные кольца небольшого диаметра, чтобы получить достаточную для измерений продолжительность жиз­ни пленки. Простейший прибор для определения стабильности пленок описан в работе [205]. Платиновое кольцо опускают в раствор, который наливают в термостатируемую пробирку. Кольцо извлекают из раствора вручную и по секундомеру из­меряют время существования пленки. Данный метод имеет одни серьезный недостаток, а именно низкую воспроизводимость по­
лучаемых результатов. Поэтому при изучении пленок данного раствора необходимо проводить несколько десятков опытов.

Более совершенный прибор предложен П. А. Ребиндером. Принцип действия его основан на том, что из раствора с посто­янной скоростью V извлекают по вертикальным направляющим платиновую проволочку и соответственно пленку раствора и измеряют ее максимальную длину L. Время жизни пленки вы­числяют по уравнению X — L/V. Проверка этого метода при ис­пользовании двух жидких фаз (эмульсия) показала, что вре­мя т не зависит от скорости V и метод обладает хорошей воспроизводимостью. При вытягивании пленки в газовую фазу (пена) при хорошей воспроизводимости опытных данных инва­риантность х от V не соблюдалась: с увеличением скорости вы­тягивания время х уменьшалось.

Стабильность свободных пленок определяют также тензол- аминометром Метелона [206]. В этом приборе положение про­волочной рамки зафиксировано, а сосуд с раствором может пе­ремещаться в вертикальной плоскости на подвижном столе. Прибор позволяет измерять силу, действующую на проволочную рамку при извлечении ее из раствора.

Оригинальный метод определения устойчивости пленок жид­костей предложен В. Н. Пригородовым [66]. В коническую градуированную капиллярную трубку вводят каплю исследуе­мого раствора и поднимают ее вверх по трубке до тех пор, пока верхний и нижний мениски жидкости не соединятся. Это поло­жение капли по высоте трубки фиксируют катетометром. Затем каплю снова перемещают вверх по капилляру, тем самым рас­тягивая ее в пленку. Измеряют по секундомеру продолжитель­ность существования пленки.

Для определения устойчивости пен по времени жизни от­дельных пузырьков из капилляра медленно выдавливают пузы­рек воздуха и измеряют время до его разрыва. Этот способ, как и исследование отдельных пленок, не обеспечивает высокой точности результатов и требуется проведение большого числа параллельных опытов.

При изучении устойчивости пузырьков, время жизни кото­рых составляет несколько секунд, визуальный способ неприго­ден. В этом случае применяют прибор, автоматически подсчи­тывающий число пузырьков, принцип действия которого заклю­чается в следующем. В момент проскока пузырька нз капил­ляра, соединенного с наклонным манометром, повышается дав­ление, при этом электроизмерительная цепь прибора замыка­ется и электромеханический счетчик фиксирует импульс. Ско­рость генерирования пузырьков подбирают такой, чтобы на по­верхности жидкости находился одиночный пузырек. Среднее время жизни пузырька составляет:

Т = т/п (5.20)

Где п — число пузырьков, прошедших за время т через капилляр.

На рис. 47 приведена схема прибора для определения ста­бильности пен по регистрации числа пузырьков н вреМЧ'ип пх существования [207].

Простые приборы для определения стабильности монодис­персных пен позволяют проводить исследования в условиях свободного испарения, в атмосфере насыщенного газа (пара)- и в отсутствие над пеной газовой фазы. Если создать условия, при которых на поверхности раствора поддерживаемся посто­янный слой пены в один пузырек, то число пузырьков, разру­шающихся в единицу времени, будет равно числу пропущенных через слой жидкости пузырьков за то же время [2].

При проведении экспериментов по определению устойчиво­сти пленок п пей необходимо создать условия, прн которых не происходит испарение дисперсионной среды, или осуществлять контроль влажности контактирующего с пленками (ненон) воз­духа. Это требование обусловлено тем, что при условии испаре­ния жидкой дисперсионной среды результаты измерения устой­чивости пленок н пен будут в значительной степени искажены. В этой связи следует отметить, что имеющиеся в литературе противоречивые данные об устойчивости пен объясняются, по - видимому, различными условиями проведения экспериментов и отсутствием контроля влажности воздушной среды.

В приборе Бикермана воздух продувают через раствор, по­мещенный в цилиндр, до тех пор, пока столб пены не достигнет наибольшей постоянной высоты. В этот момент скорость разру­шения пены в верхней части цилиндра становится равной ско­рости ее образования при барботировании воздуха. Устойчи­вость пены характеризуют коэффициентом F, определяемым по уравнению (5.1). Прибор Бикермана пригоден только для ис­следования пен из растворов с относительно низкой пенообра­зующей способностью.

+ -

5 е с>

2

• воронка; 3 — капилляр; 4 — термостат; 5 — источ­ник света; 6 — фотоэлемент.

Рис. 48. Схема прибора Клоппера для изучения стабильности пен [211].

1 — четыре внешних стержня (катоды); 2— центральный стержень (анод); 3 — стакан с

Пенообразующнм раствором.

Весьма широко распространены приборы для изучения ста­бильности пен, в которых пенообразующий раствор взбалтыва­ют в мерном цилиндре или продувают воздух через раствор, по­мещенный в бюретку с пористой пластиной. Объем пены нахо­дят по разности показаний верхнего и нижнего уровня столба пены. Характеристикой стабильности служит время, необходи­мое для разрушения всего столба пены или определенной доли этого столба (чаще всего половины). Первый вариант менее приемлем, поскольку последние порции пены разрушаются край­не медленно и опыт занимает очень много времени.

При решении некоторых прикладных вопросов, связанных с явлением пенообразования, стабильность пен измеряют оптиче­ским методом. В частности, оптический метод используют для оценки стабильности пены в сосудах с перемешиваемым раство­ром [208]. Для оценки качества моющих средств предложен прибор, позволяющий объективно фиксировать конечную точку моющего процесса путем измерения интенсивности отраженного от поверхности раствора света с помощью фотоэлемента [209].

Разработан ряд оптических приборов для оценки стабиль­ности пены пива. В одном из них через слой пива и пены вер­тикально подают луч света, по интенсивности прошедшего све­та судят о разрушении пены [184]. В другом приборе цилиндр с пеной устанавливают около ряда вертикально расположенных фотоэлементов, по мере оседания пены увеличивается число фотоэлементов, фиксирующих свет [210]. Для оценки устойчи­вости пены пива предложен также прибор (рис. 48), основан­ный на измерении с помощью электродов продолжительности опускания пены на определенные уровни (10, 20 и 30 мм) [211].

При погружении электродов в пену в электрической цепи появляется ток, разрушение пены вызывает размыкание цепи. Продолжительность контакта, характеризующая устойчивость пены, фиксируется секундомером. Испытания данного прибора показали хорошую воспроизводимость результатов [212].

Действие другого автоматического прибора для подобных исследований основано на использовании вибрирующей иглы с регистрацией времени оседания пены с помощью диска [213]. Вертикальная вибрирующая игла закрепляется на тяге, намо­танной на горизонтальный цилиндр, который начинает вра­щаться при прекращении контакта с пеной до момента повтор­ного соприкосновения с ней вибрирующей иглы. В стадии ис­следования находится акустический метод определения стабиль­ности пен [214].