Wytwarzanie pianki / praktyczne środki powierzchniowo czynne Nauka/Prof Steven Abbott

wytwarzanie pianki

wykonanie pianki jest trywialnie łatwe – wystarczy zmieszać powietrze i ciecz z pewną ilością energii i powstaną bąbelki. Jeśli te pęcherzyki docierają do powierzchni z frakcją ciekłą ε w zakresie 0,1-0,2, to są kugelschaum („kugel” oznacza „kula”, a „schaum” oznacza pianę). Te pianki nie są tak naprawdę brane pod uwagę w tych aplikacjach. Gdy ε < 0.1 Następnie mamy polyederschaum (polyhedral), klasyczną piankę, która jest głównym problemem praktycznych pianek. Chociaż łatwo jest stworzyć pianę, w większości przypadków jest ona całkowicie niestabilna. Tak więc kwestia wytwarzania pianki nie jest tak bardzo o tym, jak je zrobić (co jest trywialne), ale jak zrobić je stabilne (co nie jest). W sekcji AntiFoam omówimy jeszcze trudniejsze pytanie, Jak zrobić stabilną pianę niestabilną.

jak wspomniano w podstawach, energia potrzebna do wytworzenia piany jest odwrotnie proporcjonalna do napięcia powierzchniowego, γ. Niskie napięcie powierzchniowe z pewnością pomaga, ale jeśli γ zmienia się z 40 („zły” środek powierzchniowo czynny) na 20MN/m („bardzo dobry” środek powierzchniowo czynny), zmniejsza się tylko o połowę potrzebna energia, co nie jest aż tak znaczące. Rozważ niski γ jako konieczny (w końcu czysta woda nie może tworzyć piany), ale niewystarczający. Więc jakie rzeczy są wymagane?

1. elastyczność. Pierwszym powodem, dla którego środki powierzchniowo czynne pomagają tworzyć pianki, jest fakt, że powierzchnia staje się elastyczna. Oznacza to, że pęcherzyki mogą wytrzymać uderzenia, ściskanie i deformację. Czysta powierzchnia wody nie ma takiej elastyczności i pęcherzyki pękają szybko. Oznacza to również, że te systemy, które wytwarzają większą elastyczność (patrz sekcja sprężystość) będą, inne rzeczy są równe, wytwarzają bardziej stabilne pianki. Jak omówiono w sekcji reologii, ogólnie ściana, która jest zarówno sztywna, jak i elastyczna, zapewnia piankę o większej odporności na siłę pchającą, a tym samym wyższe naprężenia plastyczne. Mniejsze bąbelki dają również większy nacisk na wydajność
2. . Drugim powodem, dla którego środki powierzchniowo czynne pomagają tworzyć pianę, jest to, że ciecz w piankowych ścianach jest naturalnie zasysana ze ścian do krawędzi. Nie ma to nic wspólnego z drenażem (jak wyjaśniono w drenażu, ściany zawierają nieistotny ułamek cieczy), jest to po prostu prosta kapilarność. Ciśnienie kapilarne będzie nadal wyciągać ciecz, chyba że przeciwciśnienie („ciśnienie odłączające”) działa przeciwko niemu. Może to być wytwarzane przez ładunki na surfaktancie po obu stronach ściany i / lub przez steryczne interakcje między łańcuchami surfaktantu. Efekty te są omówione w DLVO, ale ponieważ efekt ładowania działa na duże odległości (50 Nm) w porównaniu do małych odległości (5 Nm) efektów sterycznych, ogólnie jonowe środki powierzchniowo czynne są znacznie lepsze w tworzeniu stabilnych pianek.
3. odporność na dojrzewanie. Efekt dojrzewania Ostwalda oznacza, że małe pęcherzyki kurczą się, a Duże rosną. Jak pokazuje sekcja Ostwalda, jest to częściowo kontrolowane przez gaz (CO2 szybko się rozpada, powietrze/N2 jest wolniejsze, a c2f6 znacznie wolniejsze), ale także przez to, jak dobrą barierę dla dyfuzji gazu zapewnia „ściana” środka powierzchniowo czynnego na powierzchni.
4. odporność na drenaż. Im więcej wody wokół piany, tym mniejsze ryzyko jej uszkodzenia (w ogóle). Tak więc piana, która szybko spływa, jest bardziej narażona na uszkodzenie. Jak zobaczymy, aby oprzeć się drenażowi, potrzebujesz dużej lepkości i małych pęcherzyków, chociaż ściana środka powierzchniowo czynnego ma pewien wpływ na proces drenażu, a sztywniejsze ściany dają (zwykle) wolniejszy drenaż.
5. odporność na wady. Jeśli olej lub cząstka hydrofobowa może przeniknąć przez ścianę pianki, może to spowodować pęknięcie ściany (a tym samym pianki). Mimo że istnieją wiarygodne i proste teorie (omówione w Antyfoamach) współczynników wejścia, pomostu i rozprzestrzenienia okazują się mieć ograniczoną wartość prognostyczną. Po raz kolejny są one konieczne, ale niewystarczające. Kluczową kwestią jest bariera wejścia. Gdy jest to wysokie, pianka jest odporna na defekty.

te zasady są tak proste, ale wydajne tworzenie pianek jest zaskakująco trudne. Dlaczego? Kluczową kwestią są skale czasowe. Jeśli środek powierzchniowo czynny jest cudownie elastyczny i ma silne ciśnienie disjoingu, jest dobrą barierą gazową i ma wysoką barierę wejściową, może (i zwykle tak jest) nie utworzyć piany, ponieważ dotarcie do interfejsu ciecz/powietrze zajmuje zbyt dużo czasu i tworzy swoją silną odporną domenę, więc piana już się zapadła. Z drugiej strony, środek powierzchniowo czynny, który szybko dociera do powierzchni, aby uzyskać odpowiednią elastyczność i ciśnienie usuwania, wytworzy duże ilości piany – chociaż piana szybko się zapadnie, zwłaszcza w obecności oleistych zanieczyszczeń, takich jak tłuszcz, który jest wymywany z rąk.

to prowadzi nas do kwestii dynamicznych napięć powierzchniowych. Byłoby wspaniale dostarczyć aplikację, która w pełni opisała złożoność DST, a zatem pozwoliła na wytworzenie mieszaniny z bardzo szybkim spadkiem ST, aby uzyskać najszybsze możliwe zachowanie piany. Ale moja lektura literatury jest taka, że szybciej jest zmierzyć zachowanie DST za pomocą (najczęściej) urządzenia do maksymalnego ciśnienia bąbelków (które tworzy bąbelki w różnych skalach czasowych, a zatem daje napięcie powierzchniowe w każdej z tych skalach czasowych) niż próbować opisać zachowanie za pomocą teorii. W szczególności trwają wielkie debaty na temat tego, czy czas letni jest ograniczony przez dyfuzję, wejście barierowe i/lub konieczność wyjścia z Miceli przed wejściem do interfejsu. Moja lektura doskonałej recenzji Eastoe1 mówi, że dominuje prosta dyfuzja i że istnienie Miceli w dużej mierze nie robi różnicy, ponieważ skala czasowa dla cząsteczki środka powierzchniowo czynnego do podziału z Miceli jest bardzo szybka, mimo że skala czasowa dla formowania/zapadania Miceli jest bardzo powolna. OczywiĹ „cie moĹźna znaleĹşÄ ‡ realne przypadki barier wejĹ” ciowych i realne przypadki dyfuzji z micelem. Ale to jeszcze bardziej skomplikowane. Obszerna analiza z U. Sofia pokazuje, że istnieją 4 możliwe wyniki w systemach zawierających micele, z których dwa są nie do odróżnienia (dla przypadkowego obserwatora) od prostej kinetyki dyfuzji, a dwa z nich mogą być mylone z kinetyką barierową. Wreszcie, odróżnienie efektów barierowych i micelarnych od skutków niewielkich ilości zanieczyszczeń w środkach powierzchniowo czynnych jest zaskakująco trudne, a dla praktycznego formulatora wykorzystującego komercyjne, nieoczyszczone środki powierzchniowo czynne nie ma nadziei na zrozumienie subtelności krzywych DST. Wiadomość na wynos brzmi: „nie formułuj pianek bez pomiaru czasu całkowitego, ale nie trać zbyt wiele czasu na teoretyzowanie, dlaczego uzyskujesz świetne wyniki dla określonej kombinacji środków powierzchniowo czynnych.”Nie lubię pisać takich porad, ponieważ zazwyczaj uważam, że dobre modele są najlepszym sposobem na uniknięcie wielu eksperymentów laboratoryjnych. Jednak omówiony poniżej dokument z przeglądu 2020 zawiera klasę mistrzowską na temat odpowiedniej teorii i konkluduje: „teoria tak naprawdę nie pomaga-wystarczy zmierzyć DST” .

surowa rzeczywistość jest taka, że skuteczne środki pianotwórcze są zwykle mieszaninami, ze wszystkimi zawiłościami, które wywołują. Wszechobecna mieszanina SLES/CAPB (Sodium Laureth Sulfate / Cocoamidopropyl Betaine) składa się z dwóch doskonałych szybkich pianek. Sam CAPB produkuje dużo stabilnej pianki, ale jest dość drogi. CAPB jest szczególnie dobry w tworzeniu wysokiej bariery wejścia, dzięki czemu jest odporny na oleje podczas tworzenia piany. SLES sam w sobie wytwarza dużo stosunkowo niestabilnej piany. Połączenie tych dwóch zapewnia dobrą równowagę kosztów, piany i stabilności. Jednak dodanie Niewielkiego % kwasu laurynowego lub mirystynowego ma dramatyczny wpływ na stabilność piany. Zwiększa elastyczność, ale także spowalnia wzrost pęcherzyków (dojrzewanie Ostwald) dramatycznie, więc piana pozostaje niewielka. Ma to duży wpływ na zdolność wody do odprowadzania z piany – prędkość drenażu jest równa Średnicy2 – a im bardziej sucha piana, tym łatwiej (inne rzeczy są równe) ją rozbić. Kwasy długołańcuchowe same w sobie są bezużyteczne jako środki spieniające (a jako sole sodowe mają niewielką zdolność spieniania jako zwykłe mydło, łatwo ulegające rozpadowi w twardej wodzie). Połączenie SLES / CAPB / Long-chainAcid jest silną mieszanką do tworzenia piany z małymi pęcherzykami i długim czasem życia. Rzeczywiście, prostym sposobem przekształcenia mydła do rąk w piankę do golenia jest dodanie kilku % długołańcuchowego kwasu.

ale co z moim systemem surfaktantów?

zasady tworzenia dobrej, stabilnej piany (a właściwie zasady dbania o to, aby taka piana nie powstała) są proste i jasne. Dlaczego więc tak trudno jest tworzyć nowe preparaty piankowe? Odpowiedź jest taka, że jeśli masz odpowiednią konfigurację, aby zmierzyć wszystkie podstawy: CMC, Γm, disjoining ciśnienie V grubość folii, elastyczność międzyfazowa i bariera wejściowa to raczej proste, aby jak najlepiej wykorzystać dowolny zestaw środków powierzchniowo czynnych i wzmacniaczy piany, które akurat chcesz użyć. Pomiary mogą być w dużej mierze zautomatyzowane, dzięki czemu wiele mieszanek formulacji może być szybko przesiewanych. Jednym z problemów, jak wspomniano powyżej, są skale czasowe. Większość pomiarów odbywa się po stosunkowo długim czasie, więc wymaga dodatkowych eksperymentów zależnych od czasu, aby sprawdzić, czy odpowiednie części mieszanki surfaktantów dotrą na powierzchnię wystarczająco szybko, aby utworzyć pianę, która następnie zostanie ustabilizowana, gdy wolniejsze składniki dojdą do utworzenia twardszej warstwy surfaktantu. Innym problemem jest to, że małe dodatki Ko-surfaktantów, wzmacniacze piany itp. może zrobić dużą różnicę, dlatego konieczne jest przeprowadzenie pomiarów na dużej liczbie próbek. Zrobotyzowane laboratorium przystosowane do wykonywania wielu wysokowydajnych badań przesiewowych może wykonać wiele ciężkiej pracy, ale większość zastosowań nie ma dostępu do takiego laboratorium.

w dłuższej perspektywie teoria, która mogłaby przewidzieć międzyfazowe zachowanie mieszanek składników, uczyniłaby rozwój piany znacznie bardziej racjonalnym. Ale taka teoria wydaje się być daleko.

widok z 2020

napisałem tę stronę w latach 2014-15 i nie miałem powodu, aby aktualizować ją do 2020. Ku mojemu zdziwieniu, to co napisałem przetrwało próbę czasu. Nie zmieniłem żadnego z poprzednich tekstów, poza zdaniem DST, do którego odnosi się tutaj czytelnik. Ale mistrzowska2, poparta dużym eksperymentem i teorią, pozwala nam być nieco bardziej szczegółowym. Ponownie to zespół w Sofii, kierowany przez Prof Tcholakovą, wyjaśnił sytuację za pomocą pięciu kluczowych punktów.

1. chociaż zarówno Nie-jonowe, jak i jonowe mogą wytwarzać doskonałe spienienie, nie-jonowe muszą być powyżej 95% pełnego pokrycia powierzchni interfejsu (z elastycznością Gibbsa powyżej 150 mN/m), zanim dobrze się spienią – to coś w rodzaju wszystkiego albo nic. Ionics może rozpocząć produkcję wiarygodnej pianki przy 30% ich pokrycia powierzchni (nawet przy elastyczności Gibbsa zaledwie 50 mN/m), przy stałym wzroście produkcji, gdy zmierzasz do 100%. Powód jest jasny: steryczna stabilizacja interfejsu pianki działa dobrze, ale tylko wtedy, gdy jest prawie pełne pokrycie; interfejs może łatwo się złamać, jeśli jest nawet 5% luki w pokryciu. Jonowy stabilizowany ładunkiem jest o wiele bardziej wyrozumiały.
2. szybkość, z jaką surfaktanty generują pokrycie powierzchni, jest krytyczna. Zasadniczo, jeśli dostaną się do interfejsu w kilka 10s ms, łatwo dostaniesz dużo dobrej piany. Ta prędkość zależy od stężenia, CMC, mobilności powierzchni, koncentratio soli w żaden sposób, który jest łatwo wydobywalny z teorią / eksperymentem 2020 (dla niektórych wskazówek na temat złożoności, zobacz DST-Choice i przeczytaj klasę mistrzowską na temat teorii w artykule, który stwierdza, że nie jest to zbyt pomocne). Z jednej strony jest to smutne, a z drugiej wyzwalające. Wystarczy zmierzyć dynamiczne napięcie powierzchniowe w skali czasowej 10 ms i dostosować formułę, aż znajdziesz znaczną redukcję napięcia powierzchniowego. Na typowym maksymalnym Tensjometrze ciśnienia bąbelkowego ta skala czasowa 10ms jest mierzona przy ~300ms (istnieje stały współczynnik dla dowolnego urządzenia MBPT), ponieważ rzeczywisty wiek bąbelka 300ms (cały czas się rozwija) wynosi tylko 10ms. tradycją ze szkoły Sofijskiej jest nazywanie mierzonego czasu (np. 300ms) tage i czasu naukowego (np. 10ms) tu dla uniwersalnego.
3. piana w krótszych skalach czasowych (w tym artykule 10 wstrząsów cylindra pomiarowego) niekoniecznie jest niezawodnym przewodnikiem po spienianiu po dłuższych skalach czasowych (100 wstrząsów). Im szybciej działające środki powierzchniowo czynne, nic dziwnego, dają więcej piany w krótkim czasie, ale wolniejsze mogą nadrobić zaległości. Jak omówiono w następnym punkcie, pianki wydają się być samoograniczające, więc początkowa zaleta nie musi prowadzić do długoterminowej przewagi. Oczywiście w przypadku zastosowań, takich jak higiena osobista, szybkie spienianie jest wymogiem, więc ta różnica w wydajności jest ważna. Chodzi o to, że trzeba uważać, aby rozróżnić różne rodzaje czynników ograniczających.
4. jest to tylko wzmianka w artykule, ale jest powiązana z innymi pracami Sofii, z obiecanymi bardziej opublikowanymi wynikami. Ilość i stabilność pianki zostaje ograniczona przez własną metodę produkcji. Aby uzyskać więcej piany, zwykle potrzebujesz dużo mniejszych pęcherzyków. Są one tworzone przez siły, które są w stanie złapać powietrze i zgnieść lub ścinać pęcherzyki, aby stały się mniejsze. Gdy piana staje się bogatsza o mniejsze pęcherzyki, staje się bardziej lepka (w zależności od 1/Promień, patrz reologia piany), więc w pewnym momencie siły nie są wystarczająco duże, aby odkształcić pęcherzyki do czegoś mniejszego. Efekt zależy nieco od sztywności interfejsu, a więc od środka powierzchniowo czynnego, ale przede wszystkim jest zdominowany przez zdolność do tworzenia drobnej piany, tj. stabilność międzyfazową i szybkość jej docierania. Dlatego wiele środków powierzchniowo czynnych może wytwarzać podobne ilości piany, o ile są obecne w stężeniu wystarczającym do spełnienia dwóch poprzednich wymagań. Patrząc wstecz na wiele innych papierów piankowych widzę, że istnieje wiele zamieszania przyczyny i skutku, ponieważ like nie był porównywany do like. A ponieważ jest (słusznie) oddzielny nacisk na stabilność piany, dla której mamy inne aplikacje na tej stronie.
5. zespół celowo użył środków powierzchniowo czynnych „tak jak jest”, ponieważ ich zanieczyszczenia pojawiają się dość ciekawie w danych. Pomiary % pokrycia powierzchni pochodzą oczywiście z izoterm adsorpcji CMC i Γ, które często wykazują dziwne zachowanie ze względu na niski poziom innych składników. To na ogół nie przeszkadza nam, surfaktanty są tym czym są, ale z pewnością komplikują analizy akademickie, gdy trzeba wiedzieć, na przykład, czy masz 50%, czy 60% pokrycia powierzchni.

techniki spieniania

generalnie nie zwracałem uwagi na różne techniki spieniania, ale uwaga w poprzedniej sekcji o samoograniczaniu pianek uświadomiła mi, że natknąłem się na kilka różnych metod.

1. Włóż, powiedzmy, 10 ml roztworu do cylindra pomiarowego o pojemności 130 ml i oscyluj, sprawdzając objętość piany po określonej liczbie wstrząsów. Jeśli masz 90% uwięzionego powietrza, to jesteś na 100 ml, więc znalezienie, czy masz 91, 92 … staje się trudne w cylindrze 130ml. Mam wrażenie, że taka pianka jest stosunkowo gruba, ale mogę się mylić
2. Ross-Miles. Umieść roztwór testowy na dnie wysokiego cylindra. Teraz kroplami dodaj więcej roztworu od góry. Krople rozbijające się w cieczy poniżej wytwarzają pianę. Zmierz objętość pod koniec dodawania, a następnie, dla stabilności, objętość po kilku minutach. O dziwo, jest to standardowy test branżowy.
3. Blender. Po prostu weź duży blender i włóż tyle płynu, aby pokryć ostrza. Odmierz i zmierz objętość, wlewając zawartość do cylindra miarowego. Fakt, że można to zrobić, sugeruje, że piana jest raczej gruba, ponieważ drobna piana byłaby trudna do nalania..
4. mikser planetarny. Weź Kenwood Chef lub jego odpowiednik za pomocą wire whisk i obserwuj, co się dzieje, gdy trzepaczka obraca się na swojej osi, poruszając się po drugiej osi. Artykuł z grupy Sofia pokazuje wyraźny efekt samoograniczający się, gdy pianka stanie się wystarczająco gruba, aby zgnieść fale powierzchniowe, które początkowo uwięziły powietrze, więc wydaje się to dobre do testowania zdolności do tworzenia drobniejszych pianek.
5. sparing column. Przedmuchaj powietrze przez frytę na dole kolumny zawierającej roztwór spieniający. Masz pewne pojęcie o pianowalności i stabilności ze stabilnej wysokości Pianki i / lub możesz zmierzyć ciężar pianki nadchodzącej z góry w danym czasie. Więcej szczegółów można znaleźć na stronie frakcjonowanie pianki.
6. test mikro-piany. Kiedyś musiałem zmierzyć spienienie za pomocą mg środka powierzchniowo czynnego i µl roztworu. Było to niezwykle łatwe dzięki ciągłemu przepływowi powietrza przez bardzo cienką igłę strzykawki do roztworów w płytkach z mikro mianami. Jest to bardzo dobra technika o wysokiej przepustowości (dlatego ją opracowaliśmy) do rozróżniania pianek o niskiej, średniej i Wysokiej oraz pianek o krótkiej, średniej i długiej żywotności. Jest prymitywny, ale niesamowicie skuteczny.
7. pianka sprężonego powietrza. Wymieszaj roztwór środka powierzchniowo czynnego z powietrzem pod wysokim ciśnieniem, pozwól mu przedostać się przez rurę, rozszerzając się w miarę upływu czasu, i wydostań się na, powiedzmy, płonące naczynie do przechowywania oleju. Kiedyś napisałem aplikację do projektu przeciwpożarowego, który wymagał teorii takiej piany i potrzebował pewnych pomiarów, aby sparametryzować teorię. Niestety eksperymenty na żywo na pełnowymiarowej platformie testowej nie powiodły się, ponieważ platforma spłonęła podczas jednego z testów…
8. pianki aerozolowe. Jest to wariant poprzedniego, na mniejszą skalę. Materiał pędny w puszce (zazwyczaj mieszanina węglowodorów) jest pięknie wymieszany z mieszaniną środka powierzchniowo czynnego, dzięki czemu tworzy masę drobnych pęcherzyków, gdy nagle się rozszerza. Typowym przykładem jest pianka do golenia, która musi być dobra, aby mieć wysoką lepkość i dawać stres, aby pozostać na twarzy.
9. masowanie rąk. Wiem, że spienianie nie ma znaczenia w zakresie mycia-pragnienie jest psychologiczne, a nie fizyczne. Nigdy nie zastanawiałam się, ile piany można stworzyć dzięki pomysłowemu pocieraniu dłoni. To sporo, ale moim zdaniem nie warte wysiłku.
10. Pędzel Do Golenia. Nigdy nie rozumiałem pędzli do golenia. Nie produkowały ciekawej ilości piany i po prostu wydawały się skomplikowanym sposobem rozprowadzania mydła po mojej twarzy. Ale nigdy nie chciałem się tego nauczyć. Jeśli ubijesz kroplę mokrego mydła na dłoni, nic się nie dzieje. To dlatego, że cała pianka jest w szczotce. Wystarczy ścisnąć pędzel w dowolny sposób, a na zewnątrz pojawia się masa bardzo drobnej, stabilnej pianki, idealnej do nakładania na twarz. Byłem pod wrażeniem.
11. siatka do spieniania. Weź kilka cm cienkiej siatki i mocno wetrzyj ją między ręce mokrym mydłem. Podobnie jak w przypadku pędzla do golenia, nic się nie dzieje, jeśli nie wiesz, co próbujesz zrobić-musiałem przejść do YouTube, aby się dowiedzieć. Jeśli pociągniesz siatkę między palcami, pojawi się duża ilość piany. Powtórz to kilka razy, a otrzymasz niesamowitą ilość drobnej, stabilnej pianki. Drobna siatka jest wyraźnie dobra w rozbijaniu większych pęcherzyków na mniejsze. Dlaczego ktoś przeszkadza, aby spędzać czas na tworzeniu tej masy pęcherzyków piany nie jest pytaniem, na które mam Kwalifikacje odpowiedzieć.
12. pomiary kluczowych parametrów.
    • oczywiście wysokość piany, w stosownych przypadkach, i stosunek całkowitej wysokości do ilości płynu w dnie pojemnika, i jak to zmienia się w czasie.
    • miernik przewodności w znanej szczelinie, skalibrowany z przewodnością wody użytej w eksperymencie, daje dobre wyobrażenie o frakcji objętościowej powietrza.
    • umieść duży pryzmat w kontakcie z pianką i połącz z nią światło. Film pokazuje silny kontrast między kontaktem z wodą (biały) i powietrzem (czarny), a następnie jest łatwy w użyciu analizy obrazu do pomiaru piany. Eksperymenty wykazały, że pryzmat ma zaskakująco małe zakłócenia na samej pianie, więc pomiary są istotne. Niezwykle trudno jest uzyskać dobrą analizę obrazu z obrazów wolnej pianki, ponieważ rzadko występuje dobry kontrast między ścianami a resztą.

pianki olejowe

wydaje się oczywiste, że nie można robić pianek w olejach. Naprężenia powierzchniowe olejów są niskie, a środek powierzchniowo czynny nie może mieć większego znaczenia, dlatego kluczowy efekt stabilizujący elastyczność nie może zadziałać. Dotyczy to zazwyczaj prostych olejów węglowodorowych. Aby wytworzyć w nich pianki, należy użyć sprytnych sztuczek cząsteczkowych, takich jak fazy liotropowe określonych środków powierzchniowo czynnych (takich jak mono-Mirystyloglicerat) lub hydrofobizowane krzemiany (sprawdź Binksa w Google Scholar). Ale prawdziwy przemysł naftowy ma ogromne problemy z pianami, a sztuka / nauka znajdowania środków przeciwpieniących dla każdej konkretnej ropy naftowej jest poważnym wyzwaniem. Dlaczego wiele ropy naftowej piany?

najczystszy naukowy opis tego zjawiska pochodzi z pracy Callaghana i współpracowników z BP3. Starannie wyekstrahowano wszystkie kwaśne składniki z szerokiej gamy olejów (Zwykle stanowiły one tylko 0,02% wagowych) i stwierdzono, że olej nie wykazywał (a) elastyczności i (b) spienienia. Jeśli dodali ekstrakty z powrotem do oleju bez piany, powróciła elastyczność i spienienie. Kwasy były raczej prostymi długołańcuchowymi kwasami alkanowymi, takimi jak dodekanowy. Chociaż w pracy tej Nie zapisano napięć powierzchniowych surowca, inne papiery wykazują typowe wartości w niskich 30mN/m, ale które można zmniejszyć do połowy lat 20-tych przez dodanie prostych środków powierzchniowo czynnych lub środków przeciwpieniących. Nie jest to ogromny spadek, a zatem efekty sprężystości nie mogą być duże. Jednak w olejach surowych ciśnienie może być bardzo wysokie, więc bulgotanie może być bardzo gwałtowne, gdy ropa osiągnie ciśnienie atmosferyczne, więc nie potrzebuje bardzo silnego efektu powierzchniowo czynnego, aby spowodować masywne spienienie.

Wracając do innego rodzaju stabilizacji piany, ropa naftowa jest zwykle skomplikowana przez obecność asfaltenów, które mogą łatwo krystalizować/gromadzić się na styku powietrze/olej i zapewnić pianę w ten sposób. I, jak zobaczymy, stabilność piany jest znacznie zwiększona przez wysoką lepkość, którą wiele olejów może łatwo dostarczyć. Nic jednak nie jest proste: asfalteny okazały się bardzo skromnymi środkami powierzchniowo czynnymi, które mogą wytwarzać pianę w toluenie, gdzie są (z definicji) rozpuszczalne.

pianki przeciwpożarowe

To jest ogromny temat. Jedynym punktem poruszonym tutaj jest to, że w przypadku pożarów oleju/benzyny środek powierzchniowo czynny nie powinien być dobry do emulgowania oleju z wodą w pianie. Standardowa teoria stwierdza zatem, że system potrzebuje dużego „współczynnika rozprzestrzeniania” (patrz sekcja przeciwpieniąca), który w praktyce można osiągnąć tylko za pomocą fluorosurfaktantów. Pianki takie są zdumiewająco dobre w byciu wyrzucanym przez ogromne płomienie aby ładnie wylądować na powierzchni palącego się płynu (który ku zaskoczeniu wielu jest „tylko” w punkcie wrzenia – a nie jakąś super-wysoką temperaturą) i ugasić ogień. W przypadku naprawdę solidnych pianek dodanie białkowego środka powierzchniowo czynnego jest dobrym pomysłem-zwykle jako część szybkiej / powolnej mieszanki normalnego szybkiego środka powierzchniowo czynnego, aby uzyskać pianę i powolne białko, które po pewnym czasie dociera do interfejsu i sprawia, że całość jest wyjątkowo solidna. Alternatywnie niektóre polimery o wysokiej MWt mogą pełnić tę funkcję, tworząc wodoodporną piankę Filmotwórczą odporną na alkohol AR-AFFF, co oznacza taką, która działa nie tylko na niepolarne pożary, ale także na polarne pożary, dla których konwencjonalna pianka może być zbyt kompatybilna z cieczą.

jednak wraz z odejściem od fluorosurfaktantów (pozornie nieuniknionych, uzasadnionych lub nie) moim zdaniem konieczne jest skupienie się na tworzeniu tak zwanych pianek LRLP, o niskim promieniu i niskiej przepuszczalności, utworzonych za pomocą standardowych środków powierzchniowo czynnych. Jeśli zbadasz reologię piany, drenaż, dojrzewanie Ostwald, zobaczysz, że pianki o małym promieniu są sztywniejsze i twardsze. Dzięki temu można uzyskać trwałość piany dzięki mniejszym pęcherzykom. Dzięki sztuczkom, takim jak dodawanie kwasu mirystynowego, można uzyskać niską przepuszczalność piany, usztywniając interfejs. Pomaga to zmniejszyć szybkość, z jaką ciepłe pary mogą przemieszczać się przez pianę, zmniejszając ryzyko ich ponownego zapłonu.