Стабильность и разрушение пленок и пенн

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО КИНЕМАТОГРАФИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

 

Кафедра общей органической и физической химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

 

Тема: Стабильность и разрушение пленок и пен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

Содержание

 

 

 

 

 

Общие понятия  и применение пен……………………………………………3

 

Определение пенообразующей способности растворов  ПАВ…………..5

 

Строение  пен………………………………………………………………………9

 

Стабилизация  пен. Механизм стабилизации пен…………………………10

 

Разрушение  пен. Механизмы разрушения пен……………………………16

 

Заключение……………………………………………………………………….24

 

Список используемой литературы…………………………………………..25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие понятия  и применение пен

 

Пены по своей  природе близки к концентрированным эмульсиям, но дисперсной фазой в них является газ, а не жидкость. Пены получают из растворов поверхностно-активных веществ. Для повышения их устойчивости в растворы ПАВ добавляют высокомолекулярные вещества, повышающие вязкость растворов.

 

В качестве характеристик пены используется комплекс свойств, всесторонне характеризующих пену.

 

1) Пенообразующая  способность раствора – количество  пены, выражаемое её объемом (см₃) или высотой столба (м), которое образуется из заданного постоянного объема пенообразующего раствора при соблюдении некоторых стандартных условий пенообразования в течение постоянного времени.

 

2) Кратность  пены b, которая представляет собой  отношение объема пены V_п к объему раствора V_ж, пошедшего на ее образование:

 

, (2.7.23)

где V_г- объем газа в пене.

 

3) Стабильность (устойчивость) пены - ее способность  сохранять общий объем, дисперсность  и препятствовать вытеканию жидкости (синерезису). Часто в качестве  меры стабильности используют  время существования («жизни»)  выделенного элемента пены (отдельного пузырька или пленки) или определенного объема пены.

 

4) Дисперсность  пены, которая может быть охарактеризована  средним размером пузырьков, распределением  их по размерам или поверхностью  раздела «раствор - газ» в единице  объема пены.

 

В ряде случаев практического применения пен важны такие ее свойства, как вязкость, теплопроводность, электропроводность, оптические свойства и т.д.

 

Пены находят  широкое применение во многих отраслях промышленности и в быту. Широко распространены в быту пенные моющие средства для ванн, чистки ковров и мебели. Огромное значение пены приобрели в пожаротушении, особенно при возгорании емкостей с легко воспламеняющимися жидкостями, при тушении пожаров в закрытых помещениях - в подвалах, на судах и в самолетах. Применяются пены для теплоизоляции, например, для предотвращения промерзания полигонов для добычи полезных ископаемых открытым способом в условиях крайнего севера.

 

 

Перспективно  применение пены в текстильной промышленности.

 

Пенные технологии в производстве текстильных материалов являются ресурсо-, энергосберегающими, снижающими производственные затраты на 25-30%.

 

На стадии прядения пенные составы используются для увлажнения, антиэлектростатической обработки и замасливания волокон  в ровнице. Пенный состав может наноситься при прохождении ровницы через пену или путем нанесения пены на ровницу с помощью специальных дозаторов.

 

Для стабилизации пен при пенной обработке ровницы  используют поверхностно-активные вещества, входящие в обычные составы для  антиэлектростатической обработки волокнистых материалов или для их замасливания.

 

Для снижения энергоемкости технологических  процессов текстильного производства с целью уменьшения влагосодержания  текстильных материалов представляет интерес использование пенных технологий крашения и заключительной отделки тканей, трикотажных полотен и проклеивания нетканых материалов. При осуществлении заключительных отделок по пенной технологии на 60-80% снижаются энергозатраты, практически полностью используются химические материалы, уменьшается расход воды, увеличивается производительность оборудования в результате сокращения времени сушки. Пенная технология эффективна при отбеливании и крашении текстильного материалов, их заключительной отделке, крашении трикотажных полотен, печатании декоративных тканей и т.д. Кроме того, пенные технологии можно считать экологически безопасными, так как применение пены позволяет резко сократить или полностью исключить образование сточных вод и уменьшить количество токсичных растворителей в составе печатных пенных красок по сравнению с эмульсионными. Состав пены текстильного назначения достаточно сложен, так как в нее должны входить пенообразователи и все основные компоненты, используемые для соответствующих видов отделок, такие как красители, катализаторы, полимерные добавки, модификаторы поверхности и т.д.

 

Возможны  два варианта применения пены в технологии крашения – нанесение пены на движущееся полотно и использование пенной ванны, в которую помещают изделия  или трикотажные полотна.

 

Интересным  технологическим решением является окрашивание с помощью пен ткани в различные цвета с разных сторон. Для этой цели подбираются пенные композиции с низкой проникающей способностью в ткань. Следовательно, структура ткани должна быть достаточно плотной, а композиция - вязкой. В таких композициях наиболее перспективны пигментные красители, которые адгезионно закрепляются на поверхности волокон окрашиваемого материала в пленке связующего, например, латексного или термореактивной смолы. Одновременно с окрашиванием достигается эффект несминаемости ткани, повышается прочность окрасок к трению, улучшаются физико-механические и гигиенические свойства тканей.

 

Возможно  применение пен и в технологии печати по текстильным материалом. В композиции могут включаться пигменты, дисперсные, активные и кислотные красители. Количество загусток – водорастворимых полимеров в пенном составе - требуется меньше, чем в обычной эмульсионной печатной краске. Можно даже полностью исключить загуститель. Роль загустителя в таком составе выполняет высокодисперсная пена. Исключение загустителя при печатании пигментами позволяет получить мягкий гриф ткани и повысить прочность окраски к трению. Расход красителей снижается на 20-30%, значительно упрощаются операции зреления и промывки напечатанных тканей.

 

В отличие  от пен, применяемых для крашения, пенный состав для печатания должен быть устойчивым при контакте с текстильным  материалом. Характеристики окрасок  пенными составами находятся  на уровне эмульсионных печатных красок.

 

При нанесении  пенного состава на сухую ткань ее влажность не превышает 30%, а при контакте пены с влажным материалом пена может даже всасывать влагу из ткани, в результате чего влажность полотна снижается от 70 до 30%. В результате этого расход энергии на сушку уменьшается в три раза.

Свойства  текстильных пен, применяемых на стадиях отделки.

ОТДЕЛОЧНЫЙ  ПРОЦЕСС	СРЕДНИЙ ДИАМЕТР  ПУЗЫРЬКОВ ПЕНЫ, МКМ	КРАТНОСТЬ ПЕНЫ	ПЕРИОД ПОЛУПАСПАДА  ПЕНЫ, МИН	ДИНАМИЧЕСКАЯ  ВЯЗКОСТЬ
Подготовка	110-230	8-15	5-15	1,8-3,5
Крашение	90-140	5-18	10-25	2,6-4,3
Печатание	40-60	2-5	1200-1800	150-420
Заключительная  отделка	80-150	12-40	5-45	0,8-7,3

 

 

Пены с  твердыми тонкими стенками (аэрогели) широко используются для изготовления теплоизоляционных и звукоизоляционных  материалов, пенопластов, спасательных средств и др.; к твердым пенам относятся также кондитерские пены, торты и др. Чрезвычайно велико значение стойкости пен в пожаротушении.

 

 

 

 

 

 

Определение пенообразующей способности растворов  ПАВ

 

 

Методы определения  пенообразующей способности растворов  можно разделить на статические и динамические (в известной степени такое разделение весьма условно, а по используемой аппаратуре в некоторых случаях эти методы не различаются). Определение динамическими методами проводят при непрерывном механическом воздействии на раствор, чтобы исключить возможность истечения его из пены. Измеряемый объем пены в динамических условиях обусловлен соотношением между скоростью ее образования и разрушения, а объем пены в статических условиях зависит от скорости распада пузырьков.

 

Пенообразующая  способность растворов ПАВ является важной характеристикой. Так, почти  все текстильно-вспомо­гательные вещества нормируются по пенообразующему  признаку, поскольку при их использовании  пена чаще всего играет отрицательную  роль. Пенообразование может служить основным показателем при гигиеническом обосновании предельно допустимых концентраций текстильно-вспомогательных и моющих веществ в воде. Образование устойчивой пены пива свидетельствует о его высоком качестве, поэтому пенообразующая способность пива также проверяется на заводах. Исследуется и пенообразующая способность некоторых очищающих составов специального назначения. Эта характеристика учитывается и при разработке пеноподавляющих средств (антивспенивателей и пеногасителей).

 

В литературе описывается много различных методов и приборов для определения вспениваемости жидкостей. Многие из них обеспечивают получение хорошо воспроизводимых результатов.

 

При использовании  разных методов определения пенообразующей способности могут получаться взаимно исключающие данные о пенообразовании одного и того же раствора. Кроме того, множество применяемых методов затрудняет анализ данных, характеризующих пенообразующие свойства различных жидкостей. Поэтому целесообразно ввести единую методику в пределах одной службы или отрасли промышленности.

 

Встряхивание  пенообразующего раствора в закрытых мерных цилиндрах проводят как вручную, так и с применением различных  вибрационных аппаратов. Пена образуется в результате интенсивного перемешивания  раствора и находящегося над ним воздуха.

 

Основным  недостатком ручного встряхивания является плохая воспроизводимость  условий пенообразования. При работе необходимо тщательно соблюдать  постоянство частоты, амплитуды  и общей продолжительности проведения операций. Воспроизводимость результатов увеличивается при использования для встряхивания цилиндров вибрационных аппаратов. Применимость этого метода

ограничивается областью значений вязкости исследуемых растворов и невозможностью проводить эксперименты при высоких температурах.

По методу взбивания пена образуется при многократных ударах по поверхности раствора пластиной  с отверстиями, прикрепленной к  штоку (10-30 ударов за 10-30 с при условии  постоянства высоты подъема пластины от дна мерного цилиндра). Взбивание  раствора можно осуществлять как вручную, так и с помощью несложных механических приспособлений. Вместо перфорированной пластины можно применять проволочную сетку, обеспечивающую большую однородность размеров пузырьков.

 

Операции, проводимые вручную, не всегда позволяют получать воспроизводимые результаты. Применение механического привода улучшает воспроизводимость данных. В некоторых модификациях этого метода используют приборы, имеющие иное целевое назначение, например, маслобойные машины, а также несколько одинаковых приборов, собранных в батарею.

 

Одним из первых устройств для изучения пенообразования, является прибор, основанный на методе продувания воздуха через раствор. Несколько позже был предложен  прибор, работающий по принципу пропускания  жидкости через пористую пластину под действием атмосферного давления. Этот принцип исключает возможность разрушения пены при продувании через нее воздуха, что возможно в том приборе, где пена образуется при пропускании воздуха.

 

Недостаток  метода, основанного на продувании воздуха, заключается в том, что даже при поддержании постоянного давления перед фильтром скорость потока воздуха может быть различной. Колебания скорости вызваны, по-видимому, уменьшением числа действующих пор в результате их засорения. Исключить этот недостаток можно, применяя вместо пористых пластинок капилляры, соединенные в виде «паука». Удобна установка для непрерывного измерения объема пены, образующейся при пропускании дозированного объема воздуха, в специальной измерительной ячейке. Уровень пены фиксируется электродами, сигнал от которых подается на регистрирующий прибор. Подобные приборы позволяют регистрировать кинетику подъема и разрушения пены.

 

 

 

Рис.1. Схема прибора для получения пены методом