أجرى دي فريس أبحاثا حول استقرار الرغوة في أنظمة الرغوة في الطور المائي ، موضحا المبادئ الأساسية وبعض نقاط الاستقرار في تكوين رغوة البولي يوريثان.
يعتقد البحث أنه عندما يتم تشتيت حجم معين من الغاز في وحدة حجم الطور السائل ، من أجل إنتاج رغوة مجهرية متفرقة نسبيا ، يجب تطبيق طاقة حرة معينة (ΔF) على النظام ، كما هو معبر عنه بالصيغة التالية.
△F = yA
حيث ΔF هي الطاقة الحرة ؛ y هو التوتر السطحي. A هي المساحة الإجمالية لواجهة الفقاعة.
نظرا لأنه في نظام الرغوة السائلة ، هناك دائما ميل إلى انخفاض مساحة سطح واجهة الغاز السائل ، إذا لم يتم إعطاء النظام طاقة حرة كافية ، فسوف تندمج الفقاعات في المرحلة السائلة أو تنهار. وفقا لمبدأ الصيغة المذكورة أعلاه ، فإن إضافة المواد التي تقلل من التوتر السطحي y ، مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي لزيت السيليكون ، يمكن أن تحصل على مساحة واجهة فقاعة إجمالية أكبر (A) تحت نفس ظروف الطاقة ΔF. لذلك ، فإن إضافة أشخاص يسهل استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي المناسبة تكوين تشتت الفقاعات الدقيقة.
استخدمت شركة Mobay Chemical Company في الولايات المتحدة كاميرا عالية السرعة لتتبع ومراقبة عملية تكوين رغوة البولي يوريثان. في عملية زيادة لزوجة المادة تدريجيا ، سيتغير شكل وحجم الفقاعات مع زيادة الوقت ، وسيتغير حجم الفقاعات من صغيرة إلى كبيرة. كما يتطور الشكل تدريجيا من بنية شبكة كروية إلى ثلاثية الأبعاد من pentahedron و hexahedron.
وفقا للنظرية الكلاسيكية ، في عملية الرغوة ، يكون ضغط الغاز في الفقاعة الكروية أكبر من ضغط السائل المحيط. ضغط الغاز في الفقاعة الصغيرة أكبر من ضغط الفقاعة الكبيرة ، وفرق الضغط بينهما هو △ p و ΔP 'يمثل.
△p = 2y / R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
حيث y هو التوتر السطحي ؛ R هو نصف قطر الفقاعة. R1 و R2 هما نصف قطر الفقاعات الصغيرة والكبيرة ، على التوالي.
وبمرور الوقت، تتوسع الفقاعات الصغيرة وتنتشر وتندمج في الفقاعات الأكبر، مما يعطي الغاز شكلا وحجما أكبر تدريجيا. إذا تمت إضافة مادة مضافة تفضي إلى تقليل التوتر السطحي إلى الصيغة ، فستساعد على تقليل فرق الضغط بين الفقاعات الكبيرة والصغيرة ، وتحسين استقرار الرغوة ، وإنتاج بنية رغوة بخلايا أدق.
كجانب آخر من الغاز السائل ثنائي المرحلتين ، فإن دور السائل هو موضوع آخر في مناقشة استقرار الفقاعة. من المستحيل الحصول على فقاعات مستقرة في سائل نقي ، بغض النظر عن التوتر السطحي للسائل. للحصول على فقاعات مستقرة نسبيا ، يجب استيفاء الشرطين التاليين:
1. هناك نظامان أو أكثر على الأقل في النظام ؛
2. يمكن امتصاص أحد مكونات النظام بشكل تفضيلي على سطح الفقاعة. وفقا لنظرية جيبس ، يتم تحديد توترها السطحي حسب نوع وكمية المذابات الممتزجة.
dy=—ΣΓdμ
في الصيغة ، Γ هو الإمكانات الكيميائية للمكون. μ هو الفائض السطحي للمكون.
وفقا للعلاقة المذكورة أعلاه ، في حالة وجود كمية معينة من المذاب ، فإن زيادة مساحة السطح ستقلل من فائض السطح ، وستعيق زيادة التوتر السطحي التوسع الإضافي لمساحة السطح ، أي أن فيلم الفقاعة سيتم تخفيفه أكثر. لذلك ، فإن زيادة التوتر السطحي يمكن أن تمنع ترقق جدار الفقاعة وتساهم في استقرار الفقاعة.
السائل الموجود على فيلم جدار الفقاعة سينتج تصريفا سائلا بسبب العمل الشعري ، وهو أحد العوامل التي تؤثر على استقرار الخلية.
الشكل 6-2 هو عرض نموذج مقطعي عرضي موسع لجزء جدار الفقاعة.
وفقا لنظرية لابلاس ويونغ ، نظرا لأن ضغط غشاء جدار الخلية السائلة عند (1) و (2) أقل من الضغط عند غشاء الجدار (3) ، فإن السائل عند غشاء الجدار (3) ينتقل إلى (1) ، (2) اثنين في نفس الوقت ، بسبب تأثير الجاذبية ، سيتدفق معظم السائل إلى (2). تتناسب كمية تدفق السائل مع المسافة L بين طرفي (1) و (2) ، أي أنه كلما زادت المسافة L ، زادت كمية تدفق السائل. نتيجة لتشتت السائل ، سيصبح جدار الفيلم السائل للفقاعة أرق ، وهو أمر غير موات لاستقرار الفقاعة. كلما زادت لزوجة السائل ، زادت صعوبة تشتيت السائل. لذلك ، فإن الزيادة في لزوجة السائل ستلعب بلا شك دورا إيجابيا في استقرار الرغوة. إذا تمت إضافة بعض المحفزات التي يمكن أن تعزز تفاعل هلام السائل إلى نظام تفاعل السائل لتسريع معدل زيادة لزوجة السائل ، تقليل معدل تدفق الفيلم السائل ، وهو أمر مفيد لزيادة استقرار الرغوة. بنفس الطريقة ، عندما تزداد درجة حرارة نظام المواد ، ستنخفض لزوجة السائل ، وسينخفض التوتر السطحي ، وسيزداد ميل جدار سائل الفقاعة إلى النحافة ، مما سيسرع من تمزق فيلم جدار الفقاعة.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضا تأثير كهربائي على الوجهين في تثبيت الرغوة. على سبيل المثال ، سيتم حبس المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية على جانبي جدار فيلم الفقاعة ، بسبب توسع الفقاعات ، داخل وخارج الفيلم السائل عند سحب الفيلم السائل. هناك حاجز شحن على السطح. عندما يكون سطح الجدار قريبا ، فإن القوة المثيرة للاشمئزاز للخاصيتين الكهربائيتين ستمنع جدار فيلم الفقاعة من التخفيف ، وستجعل قوة فان دير فالز على جانبي الجدار السائل فيلم جدار الفقاعة رقيقا تحت تأثير الجذب المتبادل. لكن هذه القوة ضعيفة نسبيا.
