Презентація "Піни" (колоїдна хімія)

Піни

План: Піни. Класифікація пін. Основні характеристики пін. Властивості пін. Використання пін

Піни. Піни - це грубодисперсні висококонцентровані системи, в яких дисперсною фазою є бульбашки газу, а дисперсійним середовищем - рідина у вигляді тонких плівок. Піни, на відміну від інших дисперсних систем, склад яких визначається концентрацією дисперсної фази, характеризуються змістом дисперсійного середовища. Піни є вкрай нестійкими дисперсними системами, так як щільність рідини в сотні і навіть тисячі разів перевищує щільність газу, з якого формуються бульбашки піни. Піни вважаються грубодисперсними системами: в момент піноутворення неозброєним оком видні пухирці піни. Маса і об'єм газової дисперсної фази непостійні і швидко змінюються, розміри бульбашок сильно різняться, тому піни можна вважати полідисперсними системами. Піни є типовими ліофобними дисперсними системами

Структура пін визначається співвідношенням об'ємів газової і рідкої фаз і в залежності від цього співвідношення комірки піни можуть мати сферичну або багатогранну (поліедричну) форму. Перехідна форма комірок від сферичної до багатогранної названа Манегольдом комірковою завдяки схожості зі структурою бджолиних сотів. Комірки піни приймають сферичну форму в тому випадку, якщо об'єм газової фази перевищує об'єм рідини не більше ніж в 10-20 разів. У таких пінах плівки бульбашок мають відносно велику товщину. Чим більше відношення об'ємів газової і рідкої фаз, тим товщина плівки більша. Комірки пін, у яких це відношення складає декілька десятків і навіть сотень, розділені дуже тонкими рідкими плівками; їх комірки являють собою багатогранники. В процесі старіння куляста форма бульбашок піни перетворюється в багатогранну внаслідок стоншення плівок. Зміна форми бульбашок піни від кулястої до багатогранної легко спостерігати у бюретці, яка містить спінену рідину. Стан піни з багатогранними комірками близький до рівноважного, тому такі піни володіють більшою стійкістю, ніж піни з кулястими комірками.

За даними Плато багатогранна структура пін описується двома геометричними правилами.1. В кожному ребрі багатогранника сходяться три плівки, кути між якими рівні і складають 120°. Місця стиків плівок (ребра багатогранників) характеризуються частуваннями, які утворюють у поперечному перерізі трикутник. Ці частування названі каналами Плато або Гіббса. Вони являють собою взаємопов'язану систему і пронизують всю структуру піни. Аналогічною є система каналів, які утворені плоскими (або викривленими) плівками, площа перерізу яких менша, ніж каналів Плато. Ці канали складаються з двох адсорбційних шарів молекул ПАР і прошарків розчину між ними.

2. В одній точці сходяться чотири канали Плато, утворюючи однакові кути. Багатогранну структуру бульбашок піни вивчали шляхом отримання одиночних бульбашок при вдуванні в розчин ПАР визначеного об'єму повітря. Число граней у бульбашках змінювалось від 12 до 15 граней. Форма граней в основному була п'ятикутною, хоча зустрічались квадратні, шести- і семикутні грані. Якісне вивчення перегрупування багогранних бульбашок у піні показало, що у процесі руйнування піни внаслідок газової дифузії бульбашки послідовно приймають форму паралелепіпеда, трикутної призми і тетраедра незалежно від першочергової структури. На останній стадії (тетраедр) відбувається перевтілення об'ємної фігури у «вузол» (місце стиків каналів Плато). Поверхня граней комірок піни може бути плоскою тільки у випадку п'ятикутних багатогранників.

Класифікація пін Піни зазвичай є порівняно грубодисперсними висококонцентрованими системами. Об'ємний вміст дисперсійного середовища зазвичай характеризують кратністю піни в, тобто відношенням об'єму піни до об'єму дисперсійного середовища. Розрізняють:

 Основні характеристики пін

Кратність піни. Кратність піни в, представляє собою відношення об'єму піни Vп до об'єму розчину Vр, який пішов на її утворення:в = Vп / Vр = (Vг + Vр) / Vр,де Vг - об'єм газу в піні. Кратність піни збільшується із зростанням розмірів комірок і збільшенням їх числа, а отже, зі зменшенням утворює стінки осередкутовщини стінок. Зменшення товщини стінок комірок піни можливо тільки до певної межі, яка визначається рівновагою між тиском газу всередині комірки і міцністю плівки.

Дисперсність піни. Для оцінки дисперсності піни використовують:

 Стійкість у часіСтабільність (стійкість) піни - її здатність зберігати загальний об'єм, дисперсність і перешкоджати витіканню рідини (синерезису). Така характеристика піни, як її стійкість дуже відносна, так як час життя окремої бульбашки газу може значно відрізнятися від часу життя його в піні.

Властивості пін

Структурно-механічні (реологічні) властивостіУ залежності від рідин піни мають особливості, які дозволяють розглядати їх як структуровані системи, які володіють властивостями твердих тіл. Зовні це проявляється в здатності піни зберігати певний час свою початкову форму. В'язкість - це реологічна характеристика, знання якої дозволяють визначати умови перекачування піни по трубах, розтікаємість пінної маси по поверхні (наприклад, при гасінні пожежі), здатність до вільного стікання з отворів. Значення структурної (ефективної) в'язкості, які одержані різними дослідниками, змінюються в широкому інтервалі залежно від кратності і дисперсності пін і від напруги зсуву (швидкостей течії).

Електрична провідність піни. Електропровідність комірчастих пін пропорційна кількості рідини, яка в ній міститься. Експериментально доведено, що відношення електропровідності рідини до електропровідності піни лінійно зв'язано з відношенням їх щільностей. Дана залежність була встановлена для пін, які були приготовлені на основі п'яти різних ПАР. Оптичні властивості пін. При проходженні світлового променю через шари піни інтенсивність його зменшується внаслідок багатократного відображення, заломлення і поглинання стінками бульбашок. Однією із причин розсіювання світла пінами є повне внутрішнє відображення. Експериментально встановлено, що співвідношення між питомою поверхнею пін і ступенем ослаблення світла, вираженого у вигляді відношення падаючого світла і того що пройшов, для деяких пін являє лінійну залежність. Цей факт використовують для швидкого визначення питомої поверхні розділу у пінах, наприклад, у процесах їх старіння. Окрім того, метод світлового послаблення пінами виявляється корисним при дослідженні пін, які швидко руйнуються, для виготовлення яких в розчин попередньо уводять піноруйнівні речовини.

Використання піни. Вогнезахисна піна застосовується для гасіння пожеж. Тверда піна може використовуватися для створення міцних, але легких матеріалів. Тверді пінопласти - відмінні теплоізолятори. Тверді піни використовуються для виготовлення флотаційних пристроїв. Оскільки тверді піни легкі та стисливі, вони створюють чудовий набивний та пакувальний матеріал. Закритоклітинна піна, яка називається синтаксичною піною, складається з порожнистих частинок у матриці. Цей тип пінопласту використовується для виготовлення смол, що запам'ятовують форму. Синтаксичні піни також використовуються при дослідженні космосу та глибоководних просторів. Самошкіра або цілісна піна для шкіри складається з щільної шкіри з серцевиною меншої щільності. Цей тип пінопласту використовується для виготовлення підошви для взуття, матраців та дитячих крісел.

Дякую за увагу!