Стабильность плепок н пен изучали многие отечественные и зарубежные исследователи (например, [100—101]). Выдвинуто несколько теорий, объясняющих устойчивость пси. Однако эти теории не исключают, а скорее взаимно дополняют друг друга, рассматривая процесс стабилизации пен и различных условиях, поскольку вряд ли правомерно пытаться объяснить устойчивость иен силами одной н той же природы.

Чистые жидкости не способны образовывать сколько-нибудь устойчивую пену. Для получения устойчивой пены в жидкой фазе кроме растворителя должен находиться по крайней мере один поверхностно-активный компонент — пенообразователь, адсорбирующийся на межфазнон поверхности раствор - воздух.

По способности давать устойчивые иены пенообразователи делятся па два типа [105].

1. Пенообразователи первого рода. Это соединения (низшие спирты, кислоты, анилин, крезолы), которые в объеме раствора н в адсорбционном слое находятся в молскулярно-днсперсно. м состоянии. Пены из растворов пенообразователей первого рода быстро распадаются по мере истечения междупленочпон жид­кости. Стабильность пен увеличивается с повышением концент­рации пенообразователя, достигая максимального значения до насыщения адсорбционного слоя, н затем снижается почти до нуля.

2. Пенообразователи второго рода (мыла, синтетические ПАВ) образуют в воде коллоидные системы, пены из которых обладают высокой устойчивостью. Истечение междуилепочной жидкости в таких метастабнльных пенах в определенный мо­мент прекращается, а пенный каркас может сохраняться дли­тельное время при отсутствии разрушающего действия внешних факторов (вибрация, испарение, пыль и др.). Такие системы об­ладают потенциальным энергетическим барьером, противодейст­вующим разрушению н обеспечивающим системе состояние рав­новесия.

Стабилизация пленок пенообразователями обусловлена сле­дующими факторами [106]: кинетическим действием, сводящим­ся к замедлению утончения пленки, повышением структурно - механических свойств адсорбционно-сольватных слоев, а также термодинамическим фактором (расклинивающим давлением).

В последние годы интерес к проблеме устойчивости пен ..начнкмыю возрос, что обусловлено расширением области при­менения ней. Однако несмотря на появление большого числа ра­бот отечественных и зарубежных исследователей, до настояще­го времени данная проблема остается дискуссионной.

Устойчивость пен следует изучать, рассматривая три аспек­та: устойчивость к вытеканию жидкости (спнерезнсу), шмене - нию дисперсного состава и уменьшению общего объема пены [103, 107].

ГидростатИЧеская устойчиВость пен обусловлена их способ­ностью препятствовать истечению жидкости под влиянием гра­витационной силы. Движение жидкости против силы тяжести объясняется капиллярными эффектами вследствие градиента давления жидкости в каналах Плато [108]. Условие гидроста­тического равновесия определяется соотношением

Dpn/dh+(,g = 0 (3.1)

Где dpn/dh — градиент давления жидкости в канале Плато по высоте.

В зависимости от абсолютного значения величии в уравне­нии (3.1) происходит истечение жидкости в поле силы тяжести (р&>—dpnldh) или капиллярное всасывание (pg<—Dpn/dh), Которое было исследовано в работах [С>7, 1081.

По мере истечения жидкости градиент давления жидкости в канале Плато по высоте возрастает, при достижении макси­мального значения градиента енперезне прекращается. В даль­нейшем истечение возможно только вследствие появления избы­точной жидкости в результате разрушения пузырьков.

Экспериментально установлено, что в течепне некоторого времени после образования пены она находится в гидростати­чески равновесном состоянии и истечения жидкости не происхо­дит. Эта стадия характеризуется перераспределением жидкости между отдельными элементами пены. Допустив наличие некото­рого минимального значения кратпостн рШш в нижнем слое столба пены, при котором начинается истечение, К - Б. Канн получил условие «невытекания» жидкости [110]:

, , , Ро Рянп ,0 0.

Где Но и ЛКр — начальная и критическая высота столба пены; 0о—начальная кратность пены; В —константа; d — средний размер пузырька.

Условие (3.2) может быть реализовано при постоянной дис­персности пены, что па практике неосуществимо.

Нарушение гидростатического равновесия, связанное с пере - - распределением жидкости в пене, приводит к истечению жидко­сти из пены, которое вызывает изменение ее кратности по вы­соте столба. В соответствии с работой [110] кратность пены в зависимости от высоты столба можно определить по урав­нению

P = (33)

Где а — константа.

Показано [108], что среднее значение кратности пены, нахо­дящейся в гидростатически равновесном состоянии, определяет­ся ее дисперсностью и высотой столба:

Р =2,67(1 +(.g/i7/o) (3.4)

Где т — средний радиус ячеек пени; |>—шин нос п. жидкости; о нош-рчцоег - ное натяжение.

Экспериментальные исследования ограниченно устойчивых пси показали [108], что гидростатическая устойчивость сохра­няется лишь в течение нескольких минут после образования пены. Затем гидростатическая устойчивость нарушается п на­ступает истечение жидкости. Процесс разрушения иены графи­чески описывается прямой в координатах lg|i—т, тангенс угла наклона графика может служить мерой устойчивости иен в данный момент времени.

Лгрсгатнвная устойчивость пен связана с пл способностью сохранять постоянным дисперсный состав. Разрушение структу­ры пепы (изменение ее дисперсного состава) происходит вслед­ствие диффузионного переноса газа между пузырьками пепы и разрушения пленок пузырьков (коалесцепцпя). Эти процессы приводят к уменьшению поверхности раздела фаз в пене.

Ниже будут рассмотрены основные факторы, обеспечиваю­щие устойчивость пен.