De Vries har forsket på skumstabilitet i vannfaseskumsystemer, og eksponerer de grunnleggende prinsippene og noen stabiliseringspunkter i dannelsen av polyuretanskum.
Forskningen mener at når et visst volum gass spres i et enhetsvolum av væskefase, for å produsere et relativt jevnt dispergert mikrocellulært skum, må en viss fri energi (ΔF) påføres systemet, som uttrykt av følgende formel.
△F=yA
hvor ΔF er den frie energien; y er overflatespenningen; A er det totale arealet av boblegrensesnittet.
Siden det i flytende skumsystemet alltid er en tendens til at overflatearealet til gass-væskegrensesnittet reduseres, hvis systemet ikke får nok fri energi, vil boblene i væskefasen fusjonere eller kollapse. I henhold til prinsippet om formelen ovenfor, kan tilsetning av stoffer som reduserer overflatespenningen y, for eksempel silikonoljeoverflateaktive stoffer, oppnå et større totalt boblegrensesnittområde (A) under samme energi ΔF-forhold. Derfor legger du til folk Passende overflateaktive midler letter dannelsen av fine bobledispersjoner.
Mobay Chemical Company i USA brukte et høyhastighetskamera for å spore og observere dannelsesprosessen for polyuretanskum. I prosessen med gradvis å øke viskositeten til materialet, vil formen og volumet av boblene endres med økningen av tid, og volumet av boblene vil endres fra liten til stor. Formen utvikler seg også gradvis fra sfærisk til tredimensjonal nettverksstruktur av pentahedron og hexahedron.
Ifølge den klassiske teorien, i skummingsprosessen, er gasstrykket i den sfæriske boblen større enn trykket fra den omkringliggende væsken; gasstrykket i den lille boblen er større enn i den store boblen, og trykkforskjellen mellom dem er △ p og ΔP' representerer.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
hvor y er overflatespenningen; R er bobleradiusen. R1 og R2 er henholdsvis radier av små og store bobler.
Over tid ekspanderer de små boblene, diffuserer og smelter sammen i de større boblene, noe som gir gassen en gradvis større form og volum. Hvis et tilsetningsstoff som bidrar til å redusere overflatespenningen legges til formelen, vil det bidra til å redusere trykkforskjellen mellom store og små bobler, forbedre skummets stabilitet og produsere en skumstruktur med finere celler.
Som den andre siden av gass-væske to-fase, er væskens rolle et annet tema i diskusjonen om boblestabilisering. Det er umulig å oppnå stabile bobler i en ren væske, uavhengig av væskens overflatespenning. For å oppnå relativt stabile bobler må følgende to betingelser være oppfylt:
1. Det er minst to eller flere systemer i systemet;
2. En komponent i systemet kan fortrinnsvis adsorbert på overflaten av boblen. Ifølge Gibbs teori bestemmes overflatespenningen av typen og mengden adsorberte løsemidler.
dy=—ΣΓdμ
I formelen er Γ komponentens kjemiske potensial; μ er overflaten overskudd av komponenten.
Ifølge forholdet ovenfor, i tilfelle av en viss mengde løsning, vil økningen av overflatearealet redusere overflateoverskuddet, og økningen av overflatespenningen vil hindre videre utvidelse av overflatearealet, det vil forvente at boblefilmen blir ytterligere tynnet. Derfor kan økning av overflatespenningen forhindre tynning av bobleveggen og bidra til stabiliteten til boblen.
Væsken på bobleveggfilmen vil produsere flytende drenering på grunn av kapillær virkning, noe som er en av faktorene som påvirker cellens stabilitet.
Figur 6-2 er en forstørret tverrsnittsmodellvisning av bobleveggdelen.
Ifølge Laplace og Youngs teori, siden trykket av flytende celleveggmembran ved (1) og (2) er lavere enn trykket ved veggmembranen (3), beveger væsken ved veggmembranen (3) seg til (1), (2) to Samtidig, på grunn av tyngdekraftens påvirkning, vil det meste av væsken strømme til (2). Mengden væskestrøm er proporsjonal med avstanden L mellom de to endene av (1) og (2), det vil være jo større avstand L, jo større mengde væskestrøm. Som et resultat av væskedispersjon blir boblevæskefilmveggen tynnere, noe som er mer ugunstig for boblens stabilitet. Jo større viskositeten til væsken er, jo vanskeligere er det å spre væsken. Derfor vil økningen i væskens viskositet utvilsomt spille en positiv rolle i skummets stabilitet. Hvis noen katalysatorer som kan fremme væskegelreaksjonen legges til væskereaksjonssystemet for å akselerere økningen av væskeviskositeten, vil væskefilmens strømningshastighet reduseres, noe som er gunstig for økningen av skummets stabilitet. På samme måte, når temperaturen i materialsystemet øker, vil viskositeten til væsken reduseres, overflatespenningen vil avta, og tendensen til boblevæskeveggen til tynn vil øke, noe som vil akselerere bruddet på bobleveggfilmen.
I tillegg er det også en dobbeltsidig elektrisk effekt i skumstabiliseringen. For eksempel vil de ioniske overflateaktive midler på begge sider av boblefilmveggen, på grunn av utvidelsen av boblene, bli fanget inne og utenfor væskefilmen når væskefilmen trekkes. Det er en ladebarriere på overflaten. Når veggoverflaten er nær, vil den frastøtende kraften til de to elektriske egenskapene forhindre at boblefilmveggen tynnes ut, og van der Waals-kraften på begge sider av væskeveggen vil gjøre bobleveggfilmen tynn under virkningen av gjensidig tiltrekning. Men denne kraften er relativt svak.
