Флотационное прикрепление твердых частнц к пузырькам пены можно считать одним нз возможных, но маловероятных механизмов удаления пеной пыли, так как в обычных условиях пыль из кварцевого стекла, часто применяемая в подобных ис­следованиях, имеет гидрофильную поверхность, тогда как мак­симальная флотирующая способность проявляется по отношению к гидрофобным поверхностям (см. гл. 7).

Низкая флотирующая способность растворов пенообразова­телей по отношению к пыли подтверждена экспериментально. В пробирку небольшой емкости вносили пыль и пенообразую - щий раствор до уровня шлифованного края и накрывали ее большой пробиркой, куда попадала пена, образующаяся при взбалтывании раствора. Степень флотации определяли по раз­ности массы пыли в растворе до и после опыта. Результаты опыта (рис. 88) показали, что пыль из кварцевого стекла в ис­следованных растворах флотируется плохо, частицы механиче­ски задерживаются в пене.

Качественное изучение взаимодействия пыли с пеной путем фотографирования показывает, что нылиикн, оторванные от поверхности, распределяются в утолщенных участках пленок пены, а также частично втягиваются внутрь пепы на некоторую

Рис. 88. Зависимость флотирующей способности 1%-ного раствора сульфоно­ла относительно кварцевой пылн от диаметра частиц пыли (/)■ и растворов сульфонола (2) и препарата ОГ1-7 (3) от их концентрации.

Рнс. 89 Зависимость количества пили, перешедшей в пену на глубину бо­лее 250 мкм, от среднего диаметра частиц ныли: / — шипш. ише частиц при деформировании пены; 2— втягивание частиц с з. шлелсиной и

Запыленной поверхности.

Высоту [324]. Если на запыленную поверхность нанести слой пены и дать ей полностью разрушиться, то можно увидеть, что частицы концентрируются в каналах Плато.

Для количественной оценки распределения частиц пыли внутри иены последнюю наносили на запыленную пластину и определяли содержание частиц в отдельных, срезанных после замораживания горизонтальных слоях пены. Оказалось, что эффект всасывания частиц пылн заметно проявляется только для мелких частиц. Так, из общего числа частиц диаметром 3— 20 мкм поднимаются в пену на высоту свыше 250 мкм не более 25%. Частицы большего диаметра попадают внутрь пены в очень незначительном количестве.

Возвратно-поступательное деформирование пены приводит к усилению эффекта всасывания частиц. Это происходит в резуль­тате выталкивания частиц из нижних слоев пены, содержащих большое число частиц, в верхние.

На рнс. 89 представлены данные о влиянии деформирования пены па всасывание частиц пылн. С замасленной поверхности даже без деформирования пепы частицы втягиваются внутрь также достаточно эффективно вследствие гидрофобизацнн по­верхности частиц маслом.

Для выяснения доли участия отдельных явлений (расклини­вающее давление в тонких слоях жидкости, смачивание, адсорб­ция ПЛВ па границе раздела твердое тело — раствор, капилляр­ные эффекты в пенах) в суммарном процессе удаления частиц пыли изучали процесс очистки запыленных пластин водой, рас­твором моющего вещества и пеной. Условия очистки и получен­ные данные представлены в табл. 20.

Рис. 90. Влняние концентрации ПАВ на силу отрыва стеклянного шарика от пузырьков пены (1, 2) и от по­верхности моющих растворов (3, 4). Пенообразующне растворы: 1,3 — сульфо - нол 11П-1 н трннатрийфосфат (I : I); 2.

4 — вспомогательное вещество ОП-Ш.

Эффективность удаления пыли с помощью раствора моющего вещества на 20% выше, чем при очистке водой, вследствие улучшения смачиваемости пластин, адсорбции молекул моюще­го вещества и т. д. Применение пены более эффективно, чем моющих растворов. Это обусловлено капиллярными процессами, в пене при ее распаде. Удаление пены с обрабатываемой по­верхности моющим раствором несколько увеличивает эффектив­ность очистки, поскольку пена меньше разрушается.

Для объяснения причин повышения моющей эффективности пен по сравнению с эффективностью растворов были проведены опыты по изучению сил отрыва частицы от поверхности раство­ров и от пен, причем методика предусматривала контакт этой частицы с пеной из воздушной среды. Измеренные значения сил, необходимых для отрыва стеклянного шарика при разной кон­центрации ПАВ в растворе, приведены на рис. 90. Силы отрыва шарика от поверхности растворов и пузырьков пены практиче­ски не зависят от типа ПАВ, а также от концентрации его в пределах 0,5—2%. Только при концентрациях ПАВ, близких :с предельному насыщению адсорбционного слоя ( — 0,1 %), силы отрыва от пузырьков пен несколько уменьшаются, а от поверх­ности растворов — увеличиваются. Уменьшение силы отрыва от пузырьков пены, полученной из растворов с<с0,3%, обусловлено подавлением капиллярных эффектов в нестойких пенах за счет истечения жидкости. Вместе с тем силы отрыва от пен всегда больше, чем от соответствующих растворов (рис. 91). Разность между силой отрыва шарика от пепы Fп н от поверхности рас­твора Fр пропорциональна наибольшей площади сечения шари­ка: (Ft,—Fp)/S=73dzl3 Н/м2 (по данным [325], капиллярное давление не превышает 100 Н/м2). Частицы ныли прочнее при­крепляются к пузырькам свежен пепы, чем выдержанной (рис. 92).

Для выяснения влияния адсорбционного слоя на твердых частицах на отрыв их от поверхностей жидкости проведены опыты с использованием органических жидкостей, обладающих различным поверхностным натяжением. Сравнение сил отрыва стеклянных шариков от поверхностей органических жидкостей н от растворов ПАВ при одинаковом поверхностном натяжении показало, что эти силы существенно не различаются. Очевидно,
адсорбция молекул Г1АВ на поверхности твердых частиц не вно­сит заметных изменений в силу отрыва вследствие незиачшель - ности поверхности шарика. Математическая обработка данных работы [51] позволила получить эмпирическую зависимость для силы отрыва F (в Н) стеклянного шарика диаметром D (в м) от поверхности раствора ПАВ с поверхностным натяжением о (в Н/м):

Г - .. I 33,35

~ ' ^ ^ * О/10~3 26,8 J

Это выражение справедливо для сферических стеклянных час­тиц диаметром 15—350 мкм.

Более прочное прикрепление частиц к пузырькам пены, чем к поверхности растворов, а также более эффективное удаление пеной ныли объясняется капиллярными явлениями в пленках пепы. Усилия, возникающие в not..; в момент ее нанесения па поверхность и при ее распаде, значительно превышаю! силу тя­жести частицы п силу адгезии ее к поверхности, вследствие чего частицы могут оторваться от последней [172].

На основании описанных выше экспериментов можно сле­дующим образом объяснить причины и механизм очищающего действия пеп. При нанесении пены на обрабатываемую поверх­ность за счет кинетической энергии пены происходит некоторый отрыв твердых частиц загрязнений от этой поверхности. Выде­ляющаяся из пены жидкость при разрушении ближайшего слоя пузырьков смачивает поверхность, причем толщина слоя сма­чивающей жидкости, как показал эксперимент, составляет при­мерно 3 мкм. Частицы пыли в результате перетекания жидко­сти нз плоских участков пленки пены в каналы Плато отрыва­ются о г поверхности н концентрируются в утолщенных участ­
ках пленок. Некоторая доля частиц оказывается втянутой и пену на высоту 1—3 пузырьков. Отрыву частиц н втягиванию их в пену способствует помимо капиллярного эффекта также разру­шение отдельных пленок. Так как наиболее интенсивное измене­ние дисперсного состава пены происходит в течение первой ми­нуты (или первых минут) после ее образования и соответственно нанесения ее на поверхность, то к этому времени процесс отры­ва частнц н распределение их в утолщенных участках пленок заканчивается.

Эффект всасывания частиц внутрь пепы значительно усили­вается при механическом перемешивании нижних ее слоев, содержащих большое число частиц, с верхними слоями. В ре­альных условиях такое механическое действие может быть осу­ществлено растиранием пены по поверхности, например, щетка­ми, или обработкой распыленной струей воды.

Создание водного слоя под пеной приводит к частичному ее разрушению и выпадению отдельных частнц пыли. Однако вто­ричное загрязнение поверхности в этом случае незначительно, так как адгезия частиц в водной среде па 2—3 порядка меньше, чем в воздухе, и осевшие частицы легко удаляются водой.

Таким образом, преимущество метода пеиной очистки заклю­чается в том, что моющий процесс пен по сравнению с очисткой растворами ПАВ усиливается благодаря механическому дейст­вию на частицы, возникающему при разрушении пленок и слия­нии пузырьков, втягиванию оторванных частиц внутрь пены, обусловленному капиллярными силами, а также в незначитель­ной степени и флотационному эффекту. При этом указанные процессы наиболее эффективно проявляются по отношению к мелким частицам пыли. Пылеудерживающая способность пен снижает возможность повторного оседания оторванных от по­верхности частиц. Присутствие на обрабатываемой поверхности тонкого масляного слоя не только не снижает, но даже увели­чивает эффективность удаления пыли прн пеипой обработке.

Как и при удалении пылевых частиц пенами, всасывающий эффект по отношению к маслам может быть объяснен капилляр­ными явлениями, имеющими место при распаде пен; перетека­нием жидкости из плоских участков в треугольные каналы Пла­то — Гиббса и изменением дисперсного состава пен вследствие диффузии газа и разрыва отдельных пленок. Между изменени­ем дисперсного состава пен и процессами дробления капель жидкости заметна определенная связь, которая заключается в том, что оба явления наиболее интенсивны в первые минуты «жизни» пены.