При попадании в жидкость воздух, нерастворимый в воде, под действием внешней силы разделяется жидкостью на множество пузырьков, образуя гетерогенную систему. Попадание воздуха в жидкость и образование пены увеличивает площадь соприкосновения газа и жидкости, а следовательно, и свободную энергию системы.
Самая низкая точка соответствует так называемой критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Таким образом, когда концентрация поверхностно-активного вещества достигает ККМ, в системе оказывается достаточное количество молекул ПАВ, чтобы плотно расположиться на поверхности жидкости, образуя мономолекулярный слой без зазоров. Это минимизирует поверхностное натяжение системы. С уменьшением поверхностного натяжения снижается и свободная энергия, необходимая для образования пены, что значительно облегчает пенообразование.
В практическом производстве и применении для обеспечения стабильности готовых эмульсий при хранении часто устанавливают концентрацию поверхностно-активных веществ выше критической концентрации мицеллообразования. Хотя это повышает устойчивость эмульсии, это также имеет определённые недостатки. Избыточное количество поверхностно-активных веществ не только снижает поверхностное натяжение системы, но и обволакивает поступающий в эмульсию воздух, образуя относительно жёсткую жидкую плёнку, а на поверхности жидкости – двухслойную молекулярную плёнку. Это существенно затрудняет разрушение пены.
Пена представляет собой совокупность множества пузырьков, тогда как пузырёк образуется при диспергировании газа в жидкости: газ выступает в качестве дисперсной фазы, а жидкость — как непрерывная фаза. Газ внутри пузырьков может мигрировать из одного пузырька в другой или выделяться в окружающую атмосферу, что приводит к их слиянию и исчезновению.
При использовании только чистой воды или поверхностно-активных веществ, ввиду их относительно однородного состава, образующаяся пенная плёнка неэластична, что делает её нестабильной и склонной к самоуничтожению. Термодинамическая теория предполагает, что пена, образующаяся в чистых жидкостях, носит временный характер и рассеивается благодаря дренажу плёнки.
Как уже упоминалось, в покрытиях на водной основе, помимо дисперсионной среды (воды), присутствуют эмульгаторы для эмульгирования полимеров, а также диспергаторы, смачиватели, загустители и другие поверхностно-активные добавки. Поскольку эти вещества присутствуют в одной системе, пенообразование весьма вероятно, и эти поверхностно-активные компоненты дополнительно стабилизируют образующуюся пену.
При использовании ионогенных поверхностно-активных веществ в качестве эмульгаторов пленка пузырьков приобретает электрический заряд. Благодаря сильному отталкиванию между зарядами, пузырьки сопротивляются агрегации, подавляя процесс слияния мелких пузырьков в более крупные и последующего их схлопывания. Это, в свою очередь, препятствует образованию пены и стабилизирует её.
Время публикации: 06 ноября 2025 г.