В отличие от жидкостей пены имеют особенности, которые позволяют рассматривать их кач структурированные системы, обладающие свойствами твердых тел. Внешне это проявляется в способности пены сохранять определенное время первоначаль­ную форму.

Структурно-механические свойства пен теоретически были исследованы Б. В. Дерягнным. Рассматривая йену в виде изо­тропной и однородной системы и исходя из ирннцича возмож­ных перемещений, он вывел условие равновесия пены:

Pi — PuTll = V3aSyA

Где />, и />.,,„ — давление внутри ячейки пет.' и ппешпее давление; SjA — удель­ная поверхность раздела фа.» в пене.

Рис. 21. Распределение числа пузырьков пены по классам в соответствии с зако­ном Пуассона. Время с момента образования пены (в с): / — 15; 2 — 30; 3 — 60. 4 — 120.

3*

Это уравнение по существу аналогично уравнению (2.8), в котором изменение площади поверхности раздела S0—S при­нимает значение удельной величины при делении на прираще­ние объема, выраженное через соотношение (2.5), а также урав­нению состояния пены (4.44). Уравнение (2.12) находит широ­кое применение при экспериментальном определении поверхно­сти раздела фаз раствор — воздух в пене.

Б. В. Дерягиным было выведено уравнение для модуля упоу - гости пены в виде

I1 — (Pi Ратм) (2.13)

Теоретические исследования Б. В. Дерягина показали, что пена должна вести себя как упругое тело, несмотря на отсутст­вие упругости составляющих фаз. Дальнейшие эксперименталь­ные исследования с применением пен на основе сапонина под­твердили это положение и показали, что при малых концентра­циях сапонина упругость адсорбционного слоя очень мала, а при содержании сапонина около 1% прочность поверхностного слоя и его упругость возрастают, в особенности при концентра­циях, близких к насыщению.

Исследования напряжения сдвига пен, выполненные методом закручивания цилиндра, свидетельствовали о том, что эта вели­чина зависит от концентрации ПАВ в растворе. Кривые зависи­мости пенообразующей способности (или кратности пены) и напряжения сдвига от концентрации ПАВ подобны, а максиму­мы указанных свойств примерно соответствуют области ККМ.

Реологические свойства пен представляют интерес и для практиков. Так, напряжение сдвига пен, полученных с помощью аэрозольных упаковок, зависит от размера пузырьков: пены с меньшими размерами пузырьков при одинаковом составе и концентрации пропеллента обладают большей структурно-меха­нической прочностью. Введением добавок (метилцеллюлоза, пропиленгликоль) можно регулировать реологические свойства пен [72].

В процессе старения пен вязкость их вначале увеличивается, а затем в зависимости от типа ПАВ может оставаться постоян­ной или уменьшается. Обычно вязкость пены мыла остается постоянной, а пены из растворов синтетических детергентов (алкилсульфатов натрия) уменьшается. Вязкость пены снижает­ся при добавлении к пенообразующему раствору хлорида нат­рия. Аналогично влияет и повышение температуры.

По-видимому, имеется связь между структурно-механически - ми свойствами пены, синерезисом и вязкостью поверхностных слоев. Высокой вязкостью обладают пены, имеющие меньшую скорость истечения жидкости и высокую вязкость адсорбцион­ных слоев. Эти свойства присущи растворам веществ, содержа­щих полярные органические группы (например, насыщенным жирным спиртам или кислотам), которые сильно адсорбируют­ся па поверхности раздела фаз жидкость — газ.

Существуй г определенная связь между дисперсным составом иен н их реологическими свойствами [73]:

<7 (медианное значение), мкм 70 100 100

Вязкость, Па с 0,095 0,055 0,0!

Предельное напряжение сдвига, Н/м2 39,2 33,32 15,68

Увеличение вязкости и модуля упругости высокократных пен с уменьшенном диаметра нузырькоъ экспериментально установ­лено в работе [74].