Vaahdonvalmistus | käytännön pinta-aktiiviset aineet tiede/Prof Steven Abbott

Vaahdonvalmistus

vaahdon tekeminen on triviaalisti helppoa-vain sekoittavat ilmaa ja nestettä jonkin verran energiaa ja muodostuu kuplia. Jos nämä kuplat saavuttavat pinnan nestemäisellä fraktiolla ε 0,1-0,2 alueella, ne ovat kugelschaum (”kugel” tarkoittaa ”palloa” ja ”schaum” vaahtoa). Näitä vaahtoja ei näissä sovelluksissa oikein huomioida. Kun ε <0.1 Sitten meillä on polyederschaum (polyhedral), klassinen vaahto, joka on keskeinen huolenaihe käytännön Vaahdot. Vaikka vaahto on helppo luoda, useimmissa tapauksissa se on täysin epävakaa. Kysymys vaahdon tekemisestä ei siis ole niinkään siitä, miten ne tehdään (mikä on triviaalia), vaan siitä, miten niistä saadaan vakaita (mikä ei ole). Vaahtonesto-osiossa keskustelemme vielä vaikeammasta kysymyksestä siitä, miten vakaa vaahto saadaan epävakaaksi.

kuten perusasioissa todetaan, vaahdon syntyyn tarvittava energia on kääntäen verrannollinen pintajännitykseen, γ. Alhainen pintajännitys varmasti auttaa, mutta jos γ muuttuu 40: stä (”huono” pinta-aktiivinen aine) 20mN/m: iin (”erittäin hyvä” pinta-aktiivinen aine) se vain puolittaa tarvittavan energian, mikä ei ole kovin merkittävää. Pidä matala γ tarvittaessa (loppujen lopuksi puhdas vesi ei voi muodostaa vaahtoa), mutta ei riitä. Mitä siis vaaditaan?

1. elastisuus. Ensimmäinen syy, miksi pinta-aktiiviset aineet auttavat luomaan vaahtoja, on se, että pinnasta tulee joustava. Tämä tarkoittaa sitä, että kuplat kestävät törmäyksen, puristuksen ja muodonmuutoksen. Puhtaan veden pinnalla ei ole tällaista elastisuutta ja kuplat hajoavat nopeasti. Se tarkoittaa myös sitä, että ne järjestelmät, jotka tuottavat enemmän elastisuutta (KS.Elastisuusosa), tuottavat muiden asioiden ollessa yhtä vakaampia vaahtoja. Kuten reologia-osiossa on käsitelty, yleensä seinä, joka on sekä jäykkä että joustava, tarjoaa vaahdon, jolla on suurempi kyky vastustaa työntävää voimaa ja siten suurempi myötörasitus. Pienemmät kuplat antavat myös suuremman myötörasituksen
2. Purkupaineen. Toinen syy, miksi pinta-aktiiviset aineet auttavat vaahdon muodostamisessa, on se, että vaahtoseinissä oleva neste imetään luonnollisesti seinistä reunoihin. Tällä ei ole mitään tekemistä salaojituksen kanssa (kuten Salaojituksessa selitetään, seinät sisältävät epäolennaisen osan nesteestä), se on vain yksinkertainen capillarity. Kapillaaripaine vetää nestettä jatkuvasti ulos, ellei vastapaine (”disjoining pressure”) vaikuta sitä vastaan. Tämä voidaan tuottaa joko pinta-aktiivisen aineen varauksilla seinän kummallakin puolella ja/tai pinta-aktiivisen aineen ketjujen välisillä steerisillä vuorovaikutuksilla. Näitä vaikutuksia käsitellään dlvo: ssa, mutta koska varauksen vaikutus toimii suurilla etäisyyksillä (50nm) verrattuna steeristen vaikutusten pieniin etäisyyksiin (5nm), ioniset pinta-aktiiviset aineet ovat yleensä paljon parempia luomaan vakaita vaahtoja.
3. kypsymisenkestävyys. Ostwaldin kypsytysvaikutus tarkoittaa, että pienet kuplat kutistuvat ja suuret kasvavat. Kuten Ostwaldin osio osoittaa, tätä ohjaa osittain kaasu (CO2 hajoaa nopeasti, ilma/N2 on hitaampaa ja c2f6 paljon hitaampaa) mutta myös se, kuinka hyvän esteen kaasun diffuusiolle pinta-aktiivisen aineen ”seinä” pinnalla tarjoaa.
4. salaojituksen kestävyys. Mitä enemmän vettä vaahdon ympärillä, sitä pienempi riski (yleensä) sen vaurioitumisesta. Nopeasti valuva vaahto vaurioituu siis todennäköisemmin. Kuten näemme, vastustaa salaojitus tarvitset korkea viskositeetti ja pieniä kuplia, vaikka pinta-aktiivinen seinä on jonkin verran vaikutusta salaojitus prosessi jäykempi seinät antaa (yleensä) hitaampaa salaojitus.
5. viankestävyys. Jos öljy tai hydrofobinen hiukkanen pääsee tunkeutumaan vaahtoseinään, se voi aiheuttaa seinän (ja siten vaahdon) rikkoutumisen. Vaikka on olemassa uskottavia ja yksinkertaisia teorioita (keskusteltu AntiFoams) sisäänpääsystä, silloitus-ja Leviämiskertoimet ne osoittautuvat rajoitetuksi ennustavaksi arvoksi. Jälleen kerran ne ovat välttämättömiä, mutta eivät riittäviä. Keskeinen kysymys on sisäänpääsyn este. Kun tämä on korkea vaahto kestää vikoja.

nämä periaatteet ovat niin helppoja, mutta vaahdon luominen tehokkaasti on yllättävän vaikeaa. Miksi? Keskeinen kysymys on aikataulut. Jos pinta-aktiivinen aine on ihmeellisen joustava ja sillä on voimakas irtoamispaine ja se on hyvä kaasueste ja sillä on korkea sisäänpääsyeste, se saattaa (ja yleensä ei) epäonnistua vaahdon muodostamisessa, koska nesteen ja ilman rajapinnan saavuttaminen kestää liian kauan ja muodostaa vahvan vastustuskykynsä, joten vaahto on jo romahtanut. Toisaalta pinta – aktiivinen aine, joka nousee nopeasti pintaan riittävän joustavuuden ja irtoavan paineen aikaansaamiseksi, tuottaa suuria määriä vaahtoa-tosin vaahto romahtaa nopeasti, varsinkin kun öljyiset epäpuhtaudet, kuten rasva, pestään käsistä.

tästä päästään dynaamisiin Pintajännityksiin. Olisi hienoa tarjota sovellus, joka kuvasi täysin DST: n monimutkaisuuden ja jonka ansiosta voit tuottaa seoksen, jolla on erittäin nopea ST: n väheneminen, jotta vaahtoaminen olisi mahdollisimman nopeaa. Mutta minun käsittelyssä kirjallisuuden on, että se on nopeampi mitata DST käyttäytymistä käyttäen (useimmiten) suurin kupla paine laite (joka luo kuplia yli eri aikaväleillä ja siksi antaa pintajännitys kussakin näistä aikatauluista) kuin se on yrittää kuvata käyttäytymistä kautta teorioita. Erityisesti, on olemassa suuria keskusteluja siitä, onko DST rajoitetaan diffuusio, jonka este sisäänpääsy ja / tai kautta tarve tulla ulos micelle ennen käyttöliittymän. Lukemani eastoe1: n erinomaisesta arvostelusta on, että yksinkertainen diffuusio hallitsee ja että misellien olemassaololla ei ole suurta merkitystä, koska pinta-aktiivisen molekyylin jakaantuminen misellistä on hyvin nopeaa, vaikka mikellen muodostumisen/romahtamisen aikataulu on hyvin hidas. Tietenkin yksi voi löytää todellisia tapauksia maahantulon esteitä ja todellisia tapauksia micelle-rajoitettu diffuusio. Mutta se on vielä monimutkaisempaa. Laaja analyysi U. Sofia osoittaa, että on olemassa 4 mahdollisia tuloksia järjestelmissä, jotka sisältävät misellejä, joista kaksi ovat erottamattomia (satunnaiselle tarkkailijalle) yksinkertaisesta diffuusiokinetiikasta ja kaksi joista voidaan sekoittaa barrier-kinetiikkaan. Lopuksi, sisääntuloesteiden ja mikellaaristen vaikutusten erottaminen pinta-aktiivisten aineiden pienten epäpuhtausmäärien vaikutuksista on yllättävän vaikeaa, ja kaupallisia, puhdistamattomia pinta-aktiivisia aineita käyttävälle käytännön formuloijalle ei ole juurikaan toivoa ymmärtää DST-käyrien hienouksia. Take-home-viesti on ” älä muotoile vaahtoja mittaamatta DST: tä, mutta älä vietä liikaa aikaa teoretisoiden, miksi saat hyviä tuloksia jostakin tietystä pinta-aktiivisesta yhdistelmästä.”En pidä tällaisten neuvojen kirjoittamisesta, koska yleensä huomaan, että hyvät mallit ovat paras tapa välttää paljon laboratoriokokeita. Kuitenkin, 2020 review paperi, käsitellään alla, sisältää master-luokan asiaan teoria ja toteaa ”teoria ei todellakaan auta-vain mitata DSTs” .

karu todellisuus on, että onnistuneet vaahdotusaineet ovat yleensä seoksia kaikkine niiden aiheuttamine monimutkaisuuksineen. Ubiquitous SLES / CAPB (Sodium Laureth Sulfate/CocoAmidoPropyl Betaine) seos sattuu olemaan valmistettu kahdesta erinomaisesta nopeasta vaahdottimesta. CAPB yksinään tuottaa paljon vakaata vaahtoa, mutta on melko kallis. CAPB on erityisen hyvä luomaan korkean sisäänmenoesteen, joten se kestää öljyjä vaahdon syntymisen aikana. SLES yksinään tuottaa paljon suhteellisen epävakaata vaahtoa. Yhdistelmä kaksi tarjoaa hyvän tasapainon kustannukset, vaahto ja vakautta. Kuitenkin lisäämällä pieni osa lauriinihappoa tai myristiinihappoa vaikuttaa dramaattisesti vaahdon stabiiliuteen. Se lisää kimmoisuutta, mutta myös hidastaa kuplan kasvua (Ostwaldin kypsymistä) dramaattisesti, joten vaahto jää pieneksi. Tällä on suuri vaikutus veden kykyyn valua vaahtomuovista – tyhjennysnopeus on Läpimitana2 – ja mitä kuivempi vaahto, sitä helpompaa (muut asiat ovat samanarvoisia) on hajottaa se. Pitkäketjuiset hapot ovat sellaisenaan hyödyttömiä vaahdotusaineina (ja natriumsuolat ovat vaatimattoman vaahtoavia kuin tavallinen saippua, joka helposti hajoaa kovassa vedessä). Yhdistelmä SLES / CAPB / Long-chainAcid on tehokas yhdistelmä luoda vaahto pieniä kuplia ja pitkä käyttöikä. Yksinkertainen tapa muuttaa käsisaippua partavaahdoksi onkin lisätä muutama prosentti pitkäketjuista happoa.

mutta entä pinta-aktiivinen systeemini?

säännöt hyvän, vakaan vaahdon luomiseksi (tai todellakin säännöt sen varmistamiseksi, ettei tällaista vaahtoa synny) ovat yksinkertaiset ja selkeät. Joten miksi se on niin vaikea luoda uusia vaahto muotoiluja? Vastaus on, että jos sinulla on oikea asetelma mitata kaikki perusasiat: CMC, Γm, paineen V kalvon paksuuden, interfacial elastisuuden ja sisääntuloesteen irrottaminen on melko yksinkertaista, jotta kaikki pinta-aktiiviset aineet ja vaahtovahvistimet, joita satut haluamaan käyttää, saadaan parhaiten irti. Mittaukset voidaan suurelta osin automatisoida, joten monet formulaatioseokset voidaan seuloa nopeasti. Yksi ongelma, kuten edellä mainittiin, ovat aikataulut. Useimmat mittaukset tehdään verrattain pitkän ajan jälkeen, joten tarvitaan ylimääräistä aikaa riippuvia kokeita, jotta nähdään, pääsevätkö pinta-aktiivisen aineseoksen sopivat osat pinnalle riittävän nopeasti, jotta syntyy vaahto, joka sitten vakiintuu hitaampien komponenttien saapuessa muodostamaan kovemman pinta-aktiivisen kerroksen. Toinen ongelma on, että pieniä lisäyksiä co-pinta-aktiivisia aineita, vaahto vahvistimet jne. voi tehdä suuren eron, joten on tarpeen suorittaa mittauksia suuri määrä näytteitä. Robottilaboratorio, joka on perustettu tekemään paljon suuren suoritustehon seulontaa, voi tehdä paljon kovaa työtä, mutta suurimmalla osalla käytöstä ei ole pääsyä tällaiseen laboratorioon.

pidemmällä aikavälillä teoria, joka voisi ennustaa ainesosaseosten interfacial käyttäytymistä, tekisi vaahdon kehittämisestä paljon järkevämpää. Mutta sellainen teoria näyttää olevan kaukana.

näkymä vuodelta 2020

kirjoitin tämän sivun vuosina 2014-15, eikä ollut syytä päivittää sitä ennen vuotta 2020. Yllätyksekseni se, mitä kirjoitin, on kestänyt ajan kokeen. En ole muuttanut mitään edellisen tekstin, lukuun ottamatta DST lause, joka viittaa lukija täällä. Mutta mestarillinen tarkistus2, jota tukee vakava määrä kokeilua ja teoriaa, antaa meille mahdollisuuden olla hieman tarkempia. Jälleen Sofian joukkue, jota johtaa Prof Tcholakova, on selvittänyt tilannetta viidellä avainkohdalla.

1. vaikka sekä ei-ioniikka että ioniikka voivat tuottaa erinomaista vaahtoamista, ei-ioniikan täytyy olla yli 95% rajapinnan koko pinta – alasta (Gibbsin elastisuuden ollessa yli 150 mN / m) ennen kuin ne vaahtoavat hyvin-se on eräänlainen kaikki tai ei mitään. Ionics voi alkaa tuottaa uskottavaa vaahtoa 30% niiden pinta-alasta (jopa Gibbsin Elastisuudella vain 50 mN/m), jossa tuotannon tasainen kasvu on 100%. Syy on selvä: steerinen stabilointi vaahto käyttöliittymä toimii hyvin, mutta vain silloin, kun on lähes Täysi kattavuus; käyttöliittymä voi rikkoa helposti, jos on edes 5% aukko kattavuus. Lataus vakautettu ioniikka on paljon anteeksiantavaisempi.
2. nopeus, jolla pinta-aktiiviset aineet tuottavat pinnan peittävyyden, on kriittinen. Periaatteessa, jos he pääsevät käyttöliittymä muutaman 10s ms, saat helposti paljon hyvää vaahtoa. Tämä nopeus riippuu pitoisuus, CMC, pinnan liikkuvuutta, suola concentratioin millään tavalla, joka on helposti uutettavissa 2020: n teoria/kokeilu (joitakin vihjeitä monimutkaisuus, katso DST-valinta, ja lukea master class teorian sisällä paperi, joka toteaa, että se ei ole paljon apua). Tämä on yhdellä tavalla surullista, mutta toisella vapauttavaa. Mittaa vain dynaaminen pintajännitys 10ms aikataulussa ja nipistää muotoilu kunnes löydät suuri lasku pintajännitystä. Tyypillisessä Maksimikuplapaineen Tensiometrissä tämä 10ms: n aikajänne mitataan ~300ms: ssä (mille tahansa MBPT-laitteelle on olemassa kiinteä tekijä), koska 300ms: n kuplan todellinen ikä (se laajenee koko ajan) on vain 10ms. Sofia-koulukunnan perinne on kutsua mitattua aikaa (esim.300ms) tage ja tieteellistä aikaa (esim. 10ms) tu universaaliksi.
3. vaahto lyhyemmässä ajassa (tässä paperissa 10 tärähdystä mittasylinteristä) ei välttämättä ole luotettava opas vaahtoamiseen pidempien aikajänteiden (100 tärähdystä) jälkeen. Nopeavaikutteisemmat pinta-aktiiviset aineet, ei ole yllättävää, antavat enemmän vaahtoa lyhyellä aikavälillä, mutta hitaammat voivat kuroa kiinni. Kuten seuraavassa kohdassa mainittiin, vaahdot ovat yleensä itsestään rajoittavia, joten alustava etu ei välttämättä johda pitkän aikavälin etuun. Tietenkin, sovelluksia, kuten henkilökohtaista hoitoa, nopea vaahtoaminen on vaatimus, joten tämä ero suorituskyky on tärkeä. Pointti on se, että pitää olla tarkkana, että erottaa erilaisia rajoittavia tekijöitä.
4. tästä on lehdessä vain vihjailtu, mutta se liittyy muihin Sofian töihin, joista on luvattu enemmän julkaistuja tuloksia. Vaahdon määrää ja stabiilisuutta rajoittaa sen oma tuotantotapa. Voit tehdä enemmän vaahtoa tarvitset yleensä paljon pienempiä kuplia. Nämä luodaan mitä voimia pystyvät ansaan ilmaa ja squash, tai leikkaus kuplia niin ne pienenevät. Koska vaahto saa rikkaampi pienempiä kuplia, se saa enemmän viskoosi (riippuen 1/säde, katso vaahto reologia), joten jossain vaiheessa voimat eivät ole tarpeeksi suuria muuttaa kuplia jotain pienempää. Vaikutus riippuu jonkin verran rajapinnan jäykkyydestä ja siten pinta-aktiivisesta aineesta, mutta sitä hallitsee lähinnä kyky luoda hieno vaahto ensinnäkin, eli interfacial stability ja nopeus päästä siihen. Tämän vuoksi monet pinta-aktiiviset aineet voivat tuottaa samankaltaisen määrän vaahtoa, kunhan niitä on riittävästi kahden edellisen vaatimuksen täyttämiseksi. Kun katsoo taaksepäin paljon muita vaahto paperit näen, että on paljon sekaannusta syy ja seuraus, koska like ei ollut verrattuna like. Ja koska on (oikein) erillinen keskittyä vaahto vakautta, jota varten meillä on muita sovelluksia tällä sivustolla.
5. työryhmä käytti tarkoituksella ”sellaisenaan” pinta-aktiivisia aineita, koska niiden epäpuhtaudet näkyvät aineistossa varsin kiinnostavasti. Pinta-alan prosentuaalisen kattavuuden mittaukset tulevat tietenkin adsorptioisotermeistä CMC ja Γ, Ja nämä osoittavat usein outoa käyttäytymistä muiden komponenttien alhaisten pitoisuuksien vuoksi. Tämä ei yleensä häiritse meitä, pinta-aktiiviset aineet ovat mitä ovat, mutta ne varmasti hankaloittavat akateemisia analyysejä kun on tarpeen tietää esimerkiksi onko pinta-alasta 50% vai 60%.

Vaahdotustekniikat

olin yleensä kiinnittänyt vähän huomiota eri vaahdotustekniikoihin, mutta edellisen osion huomautus vaahtojen itserajoittamisesta sai minut tajuamaan, että olen törmännyt aika moneen eri menetelmään.

1. Ravistussylinteri. Laita vaikkapa 10 ml liuosta 130 ml: n mittasylinteriin ja värähtele sitä tarkistamalla vaahdon määrä tietyn määrän ravistelun jälkeen. Jos saat 90% loukkuun ilmaa niin olet 100ml, joten löytää onko sinulla 91, 92 … 130 ml: n sylinterissä on hankalaa. Käsitykseni on, että tällainen vaahto on suhteellisen karkeaa, mutta saatan olla väärässä
2. Ross-Miles. Laita testiliuosta korkean sylinterin pohjaan. Nyt dropwise lisää liuosta ylhäältä. Alla olevaan nesteeseen iskeytyvät pisarat muodostavat vaahdon. Mittaa tilavuus lopussa lisäksi, sitten vakautta, tilavuus muutaman minuutin kuluttua. Hämmästyttävää, tämä on alan standardi testi.
3. tehosekoitin. Hanki iso tehosekoitin ja laita siihen niin paljon nestettä, että terät peittyvät. Vispaa pois ja mittaa tilavuus kaatamalla sisältö mittasylinteriin. Se, että näin voidaan tehdä, viittaa siihen, että vaahto on melko karkeaa, koska hieno vaahto olisi vaikea kaataa..
4. Planetaarinen mikseri. Ota Kenwood Chef tai vastaava vispilällä ja katso, mitä tapahtuu, kun vispilä kääntyy akselilleen samalla, kun se liikkuu toisella akselilla. Sofian ryhmän paperi osoittaa selkeän itsestään rajoittavan vaikutuksen, kun vaahto saa tarpeeksi paksua murskatakseen pinta-aallot, jotka alun perin vangitsivat ilman, joten tämä näyttää hyvältä testattaessa kykyä luoda hienompia vaahtoja.
5. kipakka kolumni. Puhalla ilmaa vaahtoavaa liuosta sisältävän kolonnin pohjalla olevan fritin läpi. Saat jonkin käsityksen vaahdotettavuudesta ja stabiilisuudesta vaahdon vakaasta korkeudesta, ja/tai voit mitata pinnalle tulevan vaahdon painon tietyssä ajassa. Lisätietoja on saatavilla vaahto fraktiointi sivulla.
6. Mikrovaahtotesti. Kerran jouduin mittaamaan vaahdotettavuutta käyttäen mg pinta-aktiivista ainetta ja µl liuosta. Tämä oli huomattavan helppoa, kun Tasainen ilmavirta puhalsi erittäin hienon ruiskuneulan läpi mikrotitterilevyjen liuoksiin. Se on erittäin hyvä korkean suoritustehon tekniikka (minkä vuoksi kehitimme sen) erottamaan matala -, keski-ja korkea Vaahdot ja lyhyt -, keski-ja pitkäikäisen vaahdon. Se on karkeaa, mutta hämmästyttävän tehokasta.
7. Paineilmavaahto. Sekoita pinta-aktiivinen liuos korkeapaineiseen ilmaan, anna sen kulkea putkea pitkin ja laajeta samalla, ja purskahda esimerkiksi liekeissä olevaan öljysäiliöön. Kirjoitin kerran sovelluksen palontorjuntaprojektiin, joka edellytti tällaisen vaahdon teoriaa ja tarvitsi joitakin mittauksia teorian parametrisoimiseksi. Valitettavasti täysikokoisen testilaitteen live-kokeet epäonnistuivat, koska laite paloi yhden testin aikana…
8. Aerosolivaahdot. Tämä on muunnelma edellisestä, pienemmässä mittakaavassa. Tölkin ponneaine (tyypillisesti hiilivetykaasusekoitus) sekoittuu kauniisti pinta-aktiiviseen seokseen, joten se luo massan hienoja kuplia, kun se yhtäkkiä laajenee. Tyypillinen esimerkki on partavaahto, jonka on oltava kunnossa, jotta korkea viskositeetti ja myötörasitus pysyvät kasvoilla.
9. Käsihieronta. Tiedän, että vaahtoamisella ei ole peseytymisen kannalta merkitystä – kaipuu siihen on psykologista, ei fysiikkaa. Joten en ollut koskaan vaivautunut näkemään, kuinka paljon vaahtoa voisi luoda mielikuvituksellisella käsihieronnalla. Se on aika paljon, mutta ei mielestäni vaivan arvoista.
10. Partaharja. En ollut koskaan ymmärtänyt partasarjoja. Ne eivät tuottaneet kiinnostavaa määrää vaahtoa ja näyttivät vain monimutkaiselta tavalta levittää saippuaa kasvoilleni. Mutta sitten en ollut viitsinyt opetella sitä. Jos vatkaat kädessäsi olevan märän saippuan päälle, mitään ei tunnu tapahtuvan. Se johtuu siitä, että kaikki vaahto on harjassa. Purista sivellin millään tavalla, ja ulos tulee massa erittäin hieno, vakaa vaahto, täydellinen saattaminen Kasvot. Olin hyvin vaikuttunut.
11. Vaahtoverkko. Ota muutama cm hienoa verkkoa ja hiero sitä kovaa käsien välissä märällä saippualla. Kuten partaharjan kanssa, mitään ei paljon tapahdu, jos ei tiedä, mitä yrittää tehdä-piti mennä YouTubeen selvittämään asiaa. Jos vedät verkon sormien väliin, syntyy suuri määrä vaahtoa. Toista tämä muutaman kerran ja saat mahtavan määrän hienoa, vakaata vaahtoa. Hieno verkko on selvästi hyvä hajottamaan suurempia kuplia pienemmiksi. Miksi kukaan vaivautuu käyttämään aikaansa tämän vaahtokuplamassan luomiseen, ei ole kysymys, johon olen pätevä vastaamaan.
12. keskeisten parametrien mittaukset.
    • ilmiselvästi vaahdonkorkeus tarvittaessa sekä kokonaiskorkeuden suhde säiliön pohjassa olevaan nestemäärään ja miten tämä muuttuu ajan myötä.
    • tunnetun aukon poikki kulkeva johtokykymittari, joka on kalibroitu kokeessa käytetyn veden johtavuudella, antaa hyvän kuvan ilman tilavuusosuudesta.
    • laittaa suuren prisman kosketuksiin vaahdon kanssa ja pari valoa siihen ja siitä ulos. Video näyttää voimakkaan kontrastin veden (valkoinen) ja ilman (musta) välillä ja sen jälkeen vaahdon mittaamiseen on helppo käyttää kuva-analyysia. Kokeet ovat osoittaneet, että Prismassa on yllättävän pieni häiriö itse vaahdossa, joten mittaukset ovat merkityksellisiä. Vapaan vaahdon kuvista on uskomattoman vaikea saada hyvää kuva-analyysia, koska seinien ja muiden välillä on harvoin luotettavaa hyvää kontrastia.

Öljyvaahdot

näyttää ilmeiseltä, ettei öljyissä voi tehdä vaahtoja. Öljyjen pintajännitykset ovat alhaiset, eikä pinta-aktiivisella aineella voi olla suurta merkitystä, joten ratkaiseva elastisuutta stabiloiva vaikutus ei voi toteutua. Tämä pätee yleensä yksinkertaisiin hiilivetyöljyihin. Vaahdon tuottamiseen näissä on käytettävä älykkäitä hiukkastemppuja, kuten tiettyjen pinta-aktiivisten aineiden (kuten Mono-Myristyyliglyseraatin) lyotrooppisia faaseja tai hydrofobisia silikoja (etsi Binks Google Scholarissa). Todellisella öljyteollisuudella on kuitenkin valtavia ongelmia vaahdon kanssa, ja taito/tiede löytää vaahdonestoaineita jokaiselle tietylle raakaöljylle on suuri haaste. Miksi monet raakaöljyt vaahtoavat?

selkein tieteellinen kuvaus tästä tulee Callaghanin ja bp3: n kollegoiden työstä. He uuttivat huolellisesti kaikki happamat ainesosat useista öljyistä (niiden osuus oli yleensä vain 0,02 painoprosenttia) ja havaitsivat, että öljy ei ollut A) kimmoisaa eikä B) vaahtoavaa. Jos he lisäsivät uutteet takaisin vaahtoamattomaan öljyyn, niin elastisuus ja vaahtoaminen palasivat. Hapot olivat melko yksinkertaisia pitkiä (ish) – ketjuisia alkaanihappoja kuten dodekaaneja. Vaikka tämä paperi ei kirjaa pintajännityksiä raakaöljyn, muut paperit osoittavat tyypillisiä arvoja Alhainen 30mN / m, mutta joka voidaan vähentää puolivälissä 20: n lisäämällä yksinkertaisia pinta-aktiivisia aineita tai defoamers. Tämä ei ole valtava lasku, ja siksi elastisuusvaikutukset eivät voi olla suuria. Raakaöljyissä paine voi kuitenkin olla hyvin korkea, joten kupliminen voi olla hyvin rajua, kun raakaöljy saavuttaa ilmanpaineen, joten se ei tarvitse kovin voimakasta pinta-aktiivista vaikutusta aiheuttaakseen massiivista vaahtoamista.

siirryttäessä toisentyyppiseen vaahdon stabilointiin raakaöljyä mutkistaa yleensä asfalteenit, jotka voivat helposti kiteytyä/ryhmittyä ilman ja öljyn rajapinnassa ja vaahdottaa tällä tavalla. Ja kuten tulemme näkemään, vaahdon pysyvyyttä parantaa suuresti korkea viskositeetti, jota monet öljyt voivat helposti toimittaa. Mutta mikään ei ole yksinkertaista: asfalteenit ovat osoittautuneet hyvin vaatimattomiksi pinta-aktiivisiksi aineiksi, jotka voivat tuottaa vaahtoamista tolueenissa, jossa ne ovat (määritelmän mukaan) liukenevia.

Sammutusvaahdot

Tämä on valtava aihe. Ainoa asia, joka tässä on otettu esille, on se, että öljy – /bensiinipaloissa pinta-aktiivinen aine ei saa olla hyvä emulgoimaan öljyä vaahdossa olevan veden kanssa. Standarditeorian mukaan systeemi tarvitsee siis suuren ”Leviämiskertoimen” (katso vaahdonesto-osio), joka käytännössä voidaan saavuttaa vain fluorosurfaktanteilla. Tällaiset vaahdot ovat hämmästyttävän hyviä siinä, että ne suihkutetaan valtavien liekkien läpi ja laskeutuvat kauniisti palavan nesteen pinnalle (joka monien yllätykseksi on ”vain” kiehumispisteessään – ei mikään superkorkea lämpötila) ja sammuttavat palon. Todella lujille vaahdoille proteiinipinta – aktiivisen aineen lisääminen on hyvä idea-yleensä osana nopeaa/hidasta sekoitusta normaalista nopeasta pinta-aktiivisesta aineesta, jotta vaahto lähtee liikkeelle ja hidas proteiini saavuttaa rajapinnan jonkin ajan kuluttua ja tekee kokonaisuudesta huomattavan kiinteän. Vaihtoehtoisesti jotkut korkeat MWT-polymeerit voivat tehdä tämän toiminnon luodakseen Ar-AFFF-Alkoholinkestävän vesipitoisen kalvon muodostavan vaahdon, mikä tarkoittaa sitä, että se toimii paitsi ei-polaarisissa paloissa myös polaarisissa paloissa, joissa tavanomainen vaahto saattaa olla liian yhteensopiva nesteen kanssa.

kuitenkin siirryttäessä pois fluorosurfaktanteista (näennäisesti väistämätön, perusteltu tai ei) minun näkemykseni on, että on välttämätöntä keskittyä luomaan niin sanottuja LRLP-vaahtoja, matalia säteitä ja alhaista läpäisevyyttä, jotka on luotu tavallisilla pinta-aktiivisilla aineilla. Jos tutkia vaahto reologia, salaojitus, Ostwald kypsytys näet, että pieni-säde vaahdot ovat jäykempiä ja kovempia. Joten voit saada vaahto käyttöikä kautta pienempiä kuplia. Ja temppuja, kuten lisäämällä myristiinihappoa, voit tehdä vaahto alhainen läpäisevyys tekemällä käyttöliittymä jäykempi. Tämä auttaa vähentämään nopeutta, jolla lämpimät höyryt voivat liikkua vaahdon läpi, vähentäen niiden syttymisriskiä.