Когда воздух попадает в жидкость, поскольку он нерастворим в воде, он под действием внешней силы расщепляется на многочисленные пузырьки, образуя гетерогенную систему. После попадания воздуха в жидкость и образования пены площадь контакта между газом и жидкостью увеличивается, и, соответственно, свободная энергия системы также возрастает.
Самая низкая точка соответствует тому, что мы обычно называем критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). Следовательно, когда концентрация поверхностно-активного вещества достигает ККМ, в системе присутствует достаточное количество молекул поверхностно-активного вещества для плотного выравнивания на поверхности жидкости, образуя бесщелевой мономолекулярный пленочный слой. Это минимизирует поверхностное натяжение системы. При уменьшении поверхностного натяжения уменьшается и свободная энергия, необходимая для образования пены в системе, что значительно облегчает ее образование.
В практическом производстве и применении для обеспечения стабильности приготовленных эмульсий при хранении концентрацию поверхностно-активных веществ часто регулируют выше критической концентрации мицеллообразования. Хотя это повышает стабильность эмульсии, у этого подхода есть и определенные недостатки. Избыток поверхностно-активных веществ не только снижает поверхностное натяжение системы, но и обволакивает воздух, поступающий в эмульсию, образуя относительно жесткую жидкую пленку, а на поверхности жидкости — двухслойную молекулярную пленку. Это значительно препятствует разрушению пены.
Пена представляет собой скопление множества пузырьков, тогда как пузырек образуется, когда газ диспергирован в жидкости — газ является дисперсной фазой, а жидкость — непрерывной. Газ внутри пузырьков может перемещаться из одного пузырька в другой или улетучиваться в окружающую атмосферу, что приводит к слиянию и исчезновению пузырьков.
В случае чистой воды или одних только поверхностно-активных веществ, из-за их относительно однородного состава, образующаяся пенная пленка не обладает эластичностью, что делает пену нестабильной и склонной к саморазрушению. Термодинамическая теория предполагает, что пена, образующаяся в чистых жидкостях, является временной и рассеивается за счет стекания пленки.
Как уже упоминалось ранее, в покрытиях на водной основе, помимо дисперсионной среды (воды), присутствуют также эмульгаторы для эмульгирования полимеров, а также диспергаторы, смачивающие агенты, загустители и другие добавки к покрытиям на основе поверхностно-активных веществ. Поскольку эти вещества сосуществуют в одной системе, образование пены весьма вероятно, и эти поверхностно-активные компоненты дополнительно стабилизируют образующуюся пену.
При использовании ионных поверхностно-активных веществ в качестве эмульгаторов пузырьковая пленка приобретает электрический заряд. Благодаря сильному отталкиванию между зарядами пузырьки сопротивляются агрегации, подавляя процесс слияния мелких пузырьков в более крупные и последующего их схлопывания. Следовательно, это препятствует пенообразованию и стабилизирует пену.
Дата публикации: 06.11.2025