пены от концентрации изопропанола:
1 — раствор пенообразователя РАС;
2 — раствор пенообразователя «СамПО»
За время устойчивости пены был принят период, в течение которого из пены выделится половина пенообразующего раствора. Так определялась зависимость поверхностного натяжения экспериментальных растворов от концентрации в них органического компонента (рис. 2).
Рис. 2. Зависимости поверхностного натяжения экспериментальных растворов от концентрации изопропанола:
1 — раствор водноорганической смеси;
2 — раствор пенообразователя РАС
Результаты измерений (рис. 3, 4) показывают, что кратность, устойчивость и разность поверхностного натяжения водно-спиртовых растворов с ПАВ и растворов без ПАВ при увеличении концентрации изопропанола в пенообразующем растворе непрерывно снижаются.
Рис. 3. Зависимость времени устойчивости, кратности
и разности поверхностного натяжения пены из РАС
от концентрации изопропанола в пенообразующем растворе:
1 — устойчивость; 2 — кратность;
3 — разность поверхностного натяжения пены
Рис. 4. Зависимость времени устойчивости, кратности
и разности поверхностного натяжения пены из «СамПО»
от концентрации изопропанола в пенообразующем растворе:
1 — устойчивость; 2 — кратность;
3 — разность поверхностного натяжения пены
При концентрации изопропанола 23 % масс 48 % масс в растворе пенообразователей РАС и «СамПО», соответственно, перестают быть поверхностно-активными в водно-спиртовой смеси данного состава, так как при этих концентрациях спирта Δς = 0. Сопоставление полученных результатов с данными по пенообразованию показывает, что при этих же концентрациях неводного компонента в смеси контактная устойчивость пен резко снижается (рис. 4).
Таким образом, пена быстро разрушается либо не образуется вообще, если пенообразователь не обладает поверхностной активностью в смеси данного состава. Для анализа результатов экспериментов в таблице приведены величины, характеризующие предельное содержание органического растворителя, при котором пенообразователь теряет поверхностно-активные свойства и способности стабилизировать пену, а также значение скорости контактного разрушения пен при взаимодействии с конкретной органической жидкостью.
Оказалось, чем ниже величина предельного содержания органического компонента в растворе пенообразователя, тем выше скорость контактного разрушения пены чистым растворителем.
На основании определения температурной зависимости времени устойчивости пен, полученных из водно-изопропанальных смесей с пенообразователем РАС, по формуле Аррениуса была рассчитана величина эффективной энергии активации процесса синеризиса пены. Установлено, что по мере увеличения доли изопропанола в растворе возрастает эффективная энергия процесса, абсолютное значение которой составило: 13,4; 15,2; 19,6; 27,2 кДж·моль-1 для смесей, содержащих изопропиловый спирт 0,0; 5,0; 7,0; 10,0 % масс соответственно. Увеличение эффективной энергии активации с 13,4 до 27,2 кДж·моль-1 показывает изменение характера процесса синеризиса пены, который, судя по величине Е, в пенах без изопропанола
определяется вязким течением раствора, а разрушение водно-спиртовых пен — кинетическим механизмом взаимодействия молекул ПАВ-пенообразователя и изопропанола в поверхностном слое.
Параметры бинарных смесей РАС — органическая жидкость и пен на их основе
Органическая жидкость
|
Предельное содержание органической жидкости, % масс
|
Скорость контактного разрушения пены, кг·м–2·с–1
|
по пенообразованию
|
по поверхностной активности
|
Бутанол
Изопропанол
Этанол
Ацетон
|
8,2
23,7
30,0
35,4
|
5,4
25,0
32,6
39,7
|
0,65
0,59
0,48
0,36
|
Таким образом, механизм контактного разрушения пены при взаимодействии с органической жидкостью можно представить очередностью нескольких этапов:
- капиллярное всасывание растворителя в каналы пены;
- смещение пенообразующего раствора и органической жидкости в пенных каналах;
- потеря поверхностной активности молекулами ПАВ при достижении предельной концентрации растворителя в водно-органической смеси;
- десорбция молекул ПАВ в смоченных растворителем пенных пленках и разрушение пены;
- разбавление объема органической жидкости пенообразующим раствором при разрушении пены.
Следовательно, контактное взаимодействие пен с растворителем сопровождается смачиванием и капиллярным всасыванием растворителя в пенные каналы, а разрушение пены определяется потерей поверхностной активности молекулами ПАВ при достижении определенной концентрации растворителя в водно-органической смеси, образующейся в каналах пены.
|
