Стабильность и реологические свойства водных многокомпонентных пен тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.11, кандидат наук Ерасов Вадим Сергеевич

• Ерасов Вадим Сергеевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Ерасов Вадим Сергеевич

Оглавление

Стр.

7

56

64

1. Литературный обзор

1.1. Общая характеристика двух- и трехфазных пен

1.2.Коллоидно-химические принципы регулирования стабильности 41 пен полимерными загустителями и твердыми частицами

1.3. Современные пенообразующие составы в решении прикладных задач

1.4. Нерешенные проблемы и перспективы

2. Характеристика использованных веществ, материалов и методов исследования

2.1. Использованные вещества и материалы

2.2. Исследование вязкости водорастворимых полимеров

2.3. Определение адсорбции ПАВ на границах раствор-воздух и -раствор-твердые частицы

2.4. Определение распределения по размерам и электрокинетического

82

потенциала частиц бентонита

2.5. Методы получения, исследования устойчивости и дисперсности пен

2.6. Исследование реологических характеристик и стойкости пен 90 при сдвиговых деформациях

3. Результаты и их обсуждение

3.1. Влияние полимерных загустителей на стабильность пен

3.2. Устойчивость и реология пен, содержащих ксантан и твердые частицы

3.3. Роль ПАВ в устойчивости пен, содержащих полимеры и твердые частицы

4. Выводы

184

Литература

Приложение

Приложение

Приложение

104

Принятые обозначения и сокращения

А - адсорбция ПАВ на твердом адсорбенте; а - мольная доля ПАВ в растворе; с - концентрация ПАВ;

Сисх и Сравн - исходная и равновесная концентрации ПАВ; С\ - ККМ первого ПАВ в смеси; С2 - ККМ второго ПАВ в смеси; С12 - ККМ бинарной смеси ПАВ;

Спа- концентрация раствора смеси двух ПАВ, соответствующая поверхностному натяжению о;

Са - безразмерная критическая скорость сдвига; с»- растворимость газа в жидкости Б -коэффициент диффузии;

ё - диаметр пузырька в момент времени средний эффективный диаметр пенных пузырьков;

ёо - начальный диаметр пузырька;

- средний диаметр в ьтом интервале, Е - модуль упругости пенной пленки;

Ешах - максимальное значение поверхностной силы, приходящейся на отдельную частицу;

О - градиент давления гравитационных и капиллярных сил;

g - ускорение свободного падения;

к - высота слоя пены над поверхностью жидкости;

к1 толщина ньютоновских черных пленок;

к2 толщина обычных черных пленок;

ккр - критическая толщина пленки;

К - показатель кратности (кратность) пены;

к - константа в кинетических уравнениях для укрупнения пенных пузырьков за счет Оствальдова созревания; к - эффективная газопроницаемость из пузырька через пленку ; к- константа уравнения Арбузова-Гребенщикова; к - коэффициент консистенции; кв - постоянная Больцмана;

Кс - безразмерный коэффициент проницаемости каналов с жесткими стенками;

кт1 - проницаемость газа через монослой ПАВ;

Кп - безразмерный коэффициент проницаемости сетки;

кп - проницаемость пористой среды;

М - молярная масса;

т- масса адсорбента;

N - общее число пузырьков;

п - показатель псевдопластичности;

п- количество молей газа, перенесенных из отдельного пузырька за счет диффузии в жидкость;

Пг- количество молей газа в пузырьке; N>/0 - численная доля фракции пузырьков;

Na - число Авогадро;

Nf - число пенных пленок;

Ni - число пузырьков в i-м интервале;

po - атмосферное давление;

Рк - капиллярное давление в пузырьке, среднее капиллярное давление пены;

Рг - давление в газовой фазе (пузырьке);

Рж - давление в жидкой фазе;

рКа показатель константы кислотности;

R - радиус твердой частицы; R - радиус кривизны пленки;

R- универсальная газовая постоянная;

Rc - гидродинамическое сопротивление каналов;

r - радиус пузырька в момент времени t;

ro - начальный радиус пузырька;

Гк - Радиус кривизны канала Плато-Гиббса;

Гкр - критический средний радиус пузырьков;

Гср - средний эффективный радиус пенного пузырька;

S - площадь поверхности пузырька;

So - коэффициент растворимости Оствальда - Сеченова;

Skb - среднее квадратичное отклонение диаметра пузырька;

Sмол - площадь молекулы ПАВ в адсорбционном слое;

Буд - удельная поверхность пены;

Sудo - начальная удельная поверхность пены;

Т - абсолютная температура;

t - время жизни пены;

V% - объемная доля фракции пузырьков;

¥ож - начальный объем жидкости в пене;

Vi - объем i-ой фракции пузырьков;

Vг - объем газа;

Vж - объем жидкости;

Vm - молярный объем газа;

Vобщ - общий объем пузырьков;

Vn - объем пены;

Vp - объем раствора;

v - скорость течения жидкости, скорость синерезиса;

xi и Х2 - мольные доли в мицелле первого и второго компонентов;

xai и Х°2 - мольные доли в в адсорбционном слое первого и второго компонентов;

z - параметр упаковки частиц в пенной пленке;

а - степень полидисперсности пены;

ai - мольная доля первого компонента в мицелле или адсорбционном слое;

Р m - параметр взаимодействия двух ПАВ в мицелле;

Р а- параметр взаимодействия двух ПАВ в адсорбционном слое;

Г - Гиббсовская адсорбция ПАВ на границе раздела жидкость-газ;

Гтах - максимальная Гиббсовская адсорбция ПАВ на границе раздела жидкость-газ;

Yf - сила натяжения пенной пленки;

у

' - скорость сдвига;

у

> кр - критическая скорость сдвига;

8- толщина пенной пленки; толщина адсорбцинного слоя ПАВ; s - Ьмодуль упругости двусторонней пенной пленки; AG - изменение свободной энергии; Ар - перепад давлений;

А Уж - объем жидкости, выделившейся при гравитационном синерезисе; П - вязкость жидкости; ]- эффективная вязкость пены; Щотн - относительная вязкость водного раствора полимера; ]пл - пластическая вязкость; в - угол смачивания;

к - константа в кинетических уравнениях для укрупнения пенных пузырьков за счет Оствальдова созревания;

Xm - параметр взаимодействия ПАВ в мицеллах;

Xs - параметр взаимодействия ПАВ в поверхностном слое;

П - расклинивающее давление в слое пены;

Па - адсорбционная составляющая расклинивающего давления;

Пс - стерическая составляющая расклинивающего давления;

Пе - ионно-электростатическая составляющая расклинивающего давления;

Пт - молекулярная составляющая расклинивающего давления;

П - структурная составляющая расклинивающего давления;

л - поверхностное давление;

р - плотность;

Рж - плотность жидкости;

о - поверхностное натяжение на границе раствора ПАВ (пенной пленки) с газом;

Omtn - минимальное поверхностное натяжение раствора ПАВна границе пенной пленки с

газом;

Отг - удельная свободная энергия на границе твердая частица-пузырек; о™ - межфазное натяжение на границе твердая частица-жидкость; г- напряжение сдвига; то - предел текучести (напряжение сдвига); г в - бингамовский предел текучести;

Тх, TH20 - времена истечения в вискозиметре водного раствора полимера и воды;

т кр- критическое напряжение сдвига разрушения пенных пузырьков;

т ~кр - безразмерное критическое напряжение сдвига;

фс - критическое газосодержание;

ф г - объемная доля газа в пене (газосодержание) ;

фж - объемная доля жидкости в пене;

CAPB - кокамидопропилбетаин;

GMC - глицерилмонокаприлат;

PAA - полиакриламид;

PANa - полиакрилат натрия;

SLS - лаурилсульфат натрия;

SLSar - лауроилсаркозинат натрия;

НЕС - гидроксиэтилцеллюлоза;

БЭТ - метод Брунауэра - Эммета - Теллера;

ВМС - высокомолекулярное соединение;

ДРС - динамическое рассеяние света;

ДЭС - двойной электрический слой;

ККМ - критическая концентрация мицеллообразования;

ПАВ - поверхностно-активное вещество;

ЭРС - электрофоретическое рассеяние света.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Стабильность и реологические свойства водных многокомпонентных пен»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Исследование закономерностей процессов пенообразования и устойчивости пены представляет научную основу для разработки обоснованных рекомендаций по оптимальному составу различных пенообразующих композиций, например противопожарных пен, составов для нефте- и газодобычи, косметических, моющих и дезинфицирующих средств. Соотношение компонентов, входящих в пенообразующий состав, определяет его свойства, назначение и эффективность. Понимание зависимости свойств пен от состава пенообразующего раствора необходимо для эффективного их применения на практике.

В последние годы возрос интерес к изучению стабилизации пен твердыми частицами. Существует большое число исследований, посвященных трехфазным пенам. Большое значение для стабилизации пен имеют и водорастворимые полимерные загустители. В таких пенах возможно практически полностью остановить процесс синерезиса, понизить коалесценцию и диффузионный перенос газа и, таким образом, значительно увеличить время их жизни.

Пены, стабилизированные полимерными загустителями или твердыми частицами имеют практическое значение в различных областях: в технологиях, используемых в освоении и эксплуатации нефтегазовых месторождений, при тушении пожаров, как важный атрибут зубных паст, как среда для доставки лекарственных средств, как прекурсоры для изготовления тонкопористой керамики, в обработке воды и радиоактивных отходов. Пены, стабилизированные мелкодисперсными твердыми частицами, также представляют интерес как экологичная и экономичная альтернатива пенам с ПАВ и высокомолекулярными добавками.

В настоящее время, несмотря на имеющиеся публикации, остаются не

вполне ясными принципы повышения устойчивости пены, содержащей

твердые дисперсии с субмикронным размером частиц. Мало данных о влиянии

7

формы частиц на структурообразование в пене и ее реологические свойства, а также на связанные с этим факторы, ответственные за ее стабильность. Практически не изучена стабильность и реологические свойства пен при комбинированном использовании водорастворимых полимеров и твердых частиц. Мало изучен гравитационный синерезис двух- и трехфазных пен, находящихся под сдвиговым воздействием. Приведенные данные показывают, что работы, направленные на рассмотрение этих проблем являются актуальными.

Цель диссертационной работы состояла: в установлении влияния добавок полимерных загустителей, твердых частиц кремнезема и бентонита, их комбинаций на устойчивость и реологические свойства водных многокомпонентных пен; в разработке новых методов тестирования их стабильности в условиях гравитационного синерезиса и напряжения сдвига.

Основные задачи исследования

1. Выявление роли природы, строения водорастворимых полимерных загустителей в устойчивости пены, полученной из растворов лаурилсульфата натрия или кокамидопропилбетаина, содержащей частицы кремнезема или бентонита.

2. Исследование синерезиса, коалесценции и диффузионного переноса газа в двух- и трехфазных пенах, содержащих ксантан, кремнезем или бентонит, и объяснение выявленных эффектов с учетом природы и формы твердых частиц.

3. Разработка способов оценки устойчивости пены, в том числе в условиях сдвигового воздействия, с целью установления преимущественного механизма разрушения пен, содержащих водорастворимый полимер и твердые частицы.

Научная новизна

1. Впервые установлено влияние природы полимерных загустителей разного строения на устойчивость пены, полученной из раствора

лаурилсульфата натрия. Показано, что при одинаковой вязкости раствора наибольший стабилизирующий эффект на пену оказывает ксантан, а стабилизирующий эффект полимеров изменяется в ряду: ксантан > гидроксиэтилцеллюлоза > полиакриламид > частично сшитый полиакрилат натрия > частично сшитый гидрофобно-модифицированный полиакрилат натрия. Предложен механизм стабилизации пены.

2. Показано, что с ростом концентрации ксантана повышается устойчивость пены к гравитационному синерезису, коалесценции и диффузионному переносу газа (Оствальдову созреванию), что связанно с формированием тиксотропной структуры в пенных каналах и пленках.

3. Установлено, что ввод коллоидального кремнезема мало влияет на дисперсность и стойкость трехфазных пен, стабилизированных лаурилсульфатом натрия, но оказывает заметное влияние на свойства пен с кокамидопропилбетаином. Наблюдаемая зависимость объясняется различием в коллоидно-химических свойствах ПАВ и формировании коагуляционных структур в пенах и пенных пленках.

4. Впервые показано, что комбинация ксантана и бентонита повышает стойкость пены к Оствальдову созреванию и гравитационному синерезису. Пластинчатые частицы глины формируют структурную сетку в пене, понижая скорость течения и диффузионного переноса газа.

5. Выявлены особенности реологического поведения трехфазных пен в зависимости от природы пенообразователя, полимера и твердых частиц, которые проявляются, главным образом, на значениях критического и бингамовского пределов текучести.

6.Установлено, что с ростом скорости сдвига в пенах с кокамидопропилбетаином (как двухфазных, так и трехфазных) синерезис имеет место лишь при низких концентрациях полисахарида (~0,1 %), что свидетельствует о формировании в пене тиксотропной структуры, препятствующей ее разрушению в результате гравитационного синерезиса.

7.Разработана и успешно апробирована новая методика тестирования синерезиса пены в условиях приложенной сдвиговой деформации.

Практическая значимость работы

Полученные данные о механизме стабилизации и закономерностях реологического поведения многокомпонентных пен, разработанные методы тестирования их стойкости перспективны для разработки рецептур пенообразующих составов, используемых в буровых системах, освоении нефтегазовых месторождений, были предложены для рассмотрения и прошли успешные испытания в ООО «Бентонит Кургана». Результаты исследования устойчивости пен, содержащих твердые частицы, предложены ООО «СПЛАТ-Косметика» для использования в разработке рецептур гелевых зубных паст.

Метод микроскопического дисперсионного анализа пен с использованием программы Microsoft Visual Basic 6 и уравнения Лифшица-Слезова-Вагнера с 2015 года используется в лабораторном практикуме студентов-химиков 4 курса Института тонких химических технологий, Российский технологический университет (МИРЭА) по курсу «Технология коллоидов и наносистем». Текст лабораторной работы дан в приложении.

Автор защищает:

1. результаты исследования и трактовки влияния на устойчивость пены различных водорастворимых полимеров, твердых частиц и их комбинаций;

2. механизм эффективной стабилизации трехфазных пен твердыми частицами и тиксотропным полисахаридом;

3. реологические характеристики пен, стабилизированных ПАВ, ксантаном и твердыми частицами разной природы и формы, влияние на структурно-механические свойства пены природы ПАВ, природы и концентрации полимерного загустителя;

4. выявленные особенности гравитационного синерезиса трехкомпонентных пен при наложении сдвиговой нагрузки;

5. результаты исследования пенообразования и стойкости пены, полученной из растворов бинарных смесей ПАВ;

6. новый вариант метода исследования синерезиса пен, подвергнутых сдвиговой деформации.

Связь работы с плановыми исследованиями. Исследование выполнено в рамках тем НИР № 2Б-38-326 «Разработка и тестирование систем экологичных консервантов, используемых в средствах ухода за полостью рта, в пеномоющих средствах и эмульсионных препаратах» с ООО «СПЛАТ-Косметика» и № 2Б-113-326 «Новые экологичные технологии эмульгирования, очистки и модифицирования поверхностей» МИТХТ им. М.В. Ломоносова.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на девяти российских и международных научных, научно-технических конференциях, а именно: на XVII и XIX Международных научно-практических конференциях «Косметическая индустрия: взгляд в будущее» (Москва, 2012, 2014), на IV International Conference of Colloid Chemistry and Physicochemical Mechanics (Moscow, MSU, 2013), Nanotechnologies and Nanomaterials in the Contemporary World (Moscow, MITHT, 2014), на IV конференции молодых ученых «Реология и физико -химическая механика гетерофазных систем» (Москва, МГУ, 2015), на III Всероссийском симпозиуме с международным участием по поверхностно-активным веществам (Санкт-Петербург, СПбГУ, 2015), на 11 Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности - газ, нефть, энергетика» (Москва, РГУ нефти и газа, 2015), на VIII International Symposium «Design and Synthesis of Supramolecular Architectures» (Kazan, Kazan Federal University, 2016), на V Конференции молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем» (Москва, ИНХС РАН, 2017) и на V International

Conference on Colloid Chemistry and Physicochemical Mechanics (St.Peterburg, St.Peterburg University, 2018).

Публикации. Основные результаты исследования опубликованы в 13 печатных работах, включая 3 статьи в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ, а также индексируемых по базе Web of Science, и 9 публикаций в сборниках трудов, тезисов докладов на российских и международных научных форумах.

Личное участие автора состоит в постановке задач исследования, планировании, разработке экспериментальных и теоретических подходов при выполнении эксперимента и обработке полученных данных, обсуждении и интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 274 наименований. Работа изложена на 206 страницах машинописного текста, включает 101 рисунок, 16 таблиц и 16 страниц приложений.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Общая характеристика двух- и трехфазных пен

1.1.1. Структура, кратность и способы получения пен

Пена - грубодисперсная система, в которой дисперсная фаза представляет собой газ (чаще всего воздух), а дисперсионная среда - жидкость. Также существуют отвержденные пены, где дисперсионная среда твердая (примеры: пемза, пенобетон, пенополиуретан), но в дальнейшем такие пены рассматриваться не будут и под «пеной» будут подразумеваться жидкостные пены. В пене пузырьки газа, размерами порядка 10-3-10-5 м плотно прижаты друг к другу, и между ними в процессе вытекания жидкости образуются тонкие двусторонние пенные пленки, которые часто на свету обнаруживают радужную окраску за счет интерференции, свидетельствующую о том, что их толщина соизмерима с длиной световой волны. Толщина пенных пленок может быть и заметно меньше («черные» или перреновские пленки).

Обобщению физико-химических свойств пен посвещен ряд специальных монографий [1-7], а также уделено значительно место в нескольких монографиях, где наряду с пенами рассматривается ряд других дисперсных систем [8-10].

Пены являются типичными лиофобными системами и крайне термодинамически неустойчивы вследствие развитой межфазной поверхности и соответствующему избытку свободной поверхностной энергии. Газовые пузырьки, образующиеся в чистой жидкости, всплывая разрушаются мгновенно, поэтому для сколько-нибудь заметно устойчивой пены необходимо присутствие минимального количества стабилизатора, которым, как правило, является низко- или высокомолекулярное ПАВ. Продолжительность жизни пен, образуемых истинно растворимыми ПАВ, даже при наиболее их оптимальной для пенообразования концентрации не превышает 20 с [11]. Более устойчивые пены и отдельные пленки образуются растворами коллоидных ПАВ: при создании определенных условий время их

жизни может быть очень продолжительным, так, например, в опыте Дьюара мыльная пленка сохранялась в течение трех лет.

Хорошими стабилизаторами пен, как правило, являются высокомолекулярные ПАВ, например белки, их гидролизаты. Помимо ПАВ, пены стабилизируют дополнительные добавки высокомолекулярных загустителей (полисахаридов, полиакрилатов, полиакриламидов и др.), а также твердых частиц.

Механизм стабилизации жидких пен заключается в том, что в результате введения ПАВ в тонком слое жидкости, составляющем оболочку пены, образуются адсорбционные слои, как показано на рис. 1.1. Адсорбция вызывает изменение поверхностного натяжения на границе воды с воздухом.

Рисунок 1.1. - Жидкая пленка между пузырьками, состоящая из двух адсорбционных слоев ПАВ и прослойки дисперсионной среды.

Для характеристики степени обводненности пены используют показатель кратности К, т.е. величину, равную отношению объема пены Уп к объему содержащейся в ней жидкости Уж :

К = Уп/Уж = (Уг+ Уж)/Уж = У/Уж+1 (1.1).

Объемная доля газа в пене (газосодержание):

ф г= Уг/Уп = (Уп - Уж)/Уп =1 - 1/К (1.2)

Объемная доля жидкости в пене (объемная плотность пены):

фж= Уж/Уп = 1- ф г = 1- (1- 1/К) = 1/К (1.3)

В зоне контакта трех пленок (граней пузырьков) образуются так называемые каналы Плато-Гиббса, образующие в поперечном сечении вогнутый треугольник (рис. 1.2, б). Силы натяжения пенной пленки ур = 2 а (где а - поверхностное натяжение на границе пленки с газом) в одной плоскости уравновешиваются, согласно первому правилу Плато, образуя одинаковые углы между пленками в 120°. Согласно второму правилу Плато, в одной точке сходятся 6 пленок (граней) и 4 канала Плато-Гиббса, образуя одинаковые углы ~ 109°3'. Место пересечения каналов называется узлом.

Рисунок 1.2: а - Схема ячейки пены; б- поперечное сечение канала Плато-Гиббса: 1 - пленки жидкости, 2 - канал Плато-Гиббса.

Из-за кривизны пузырька, в нем, согласно Лапласу, возникает капиллярное давление. Дерягин показал, что в случае высокократной пены (при фг ^ 0) для капиллярного давления в пузырьке пены применимо уравнение Лапласа в форме (уравнение Дерягина) [3, 4, 12, 13]:

Рк = 2а/Гср = 2/3 а V (1.4) где Гср - средний эффективный радиус пенного пузырька, Буд - удельная поверхность пены. Для низкократных пен использование данного уравнения носит оценочный характер, а также возможно введение поправок [14]. С учетом влияния гравитационного поля на слой полиэдрической пены на поверхности жидкости, на некоторой высоте И от этой поверхности в пузырьках устанавливается следующее капиллярное давление Рк [4]:

Рк = Р- Рж = (Ро + 2/3 а Буд) - (Рь,0 - А Рь) ~ Ро + 2/3 а Буд - (Ро - р 8И) =

=2/3 а Буд + р gИ , (1.5)

где р - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения.

15

Радиус кривизны канала Плато-Гиббса по закону Лапласа равен [5]:

Гк = ^ /Рк, (1.6)

Откуда, используя (1.4) получаем:

гк = 1,5 / Зуд (1.7.)

Рисунок 1.3. - Фото пен разной кратности: а - пена водного раствора БЬБ низкой кратности, б - пена высокой кратности.

Геометрическая форма газовых пузырьков зависит от кратности пены, степени полидисперсности и способа упаковки. При кратности менее 5 ячейки пены имеют сферическую форму, а при более высоких значениях принимают форму многогранников (рис. 1.3). В случае монодисперсной сферической пены наиболее плотными вариантами упаковки являются гранецентрированная и гексогональная упаковки, т. е. когда каждый пузырек окружен 12-ю соседними пузырьками. Из геометрических свойств плотнейшей упаковки сфер следует, что газосодержание такой системы около 74%, и следовательно кратность будет ~ 3,8. При более низком газосодержании пузырьки могут находиться только в виде свободнодисперсной системы (газовой эмульсии), поэтому данная кратность считается минимально возможной [5]. В зависимости от объемного соотношения газа и жидкости различают пены низкой (К < 10), средней (К ~ 10-100) и высокой кратности (К > 100).

Стадии образования пены характеризуются следующими процессами: при возникновении в растворе ПАВ пузырьков газа на поверхности их раздела с раствором начинается адсорбция ПАВ. Всплывая на поверхность раствора каждый пузырек образует полусферическую жидкую пленку, состоящую из

двух адсорбционных слоев ПАВ и внутренней прослойки из раствора (рис. 1.4). Адсорбционные слои ПАВ обеспечивают в той или иной мере длительное существование пенных пленок. Вытекание жидкости из сферической пены под действием силы тяжести ведет к сближению пузырьков, а дальнейшая деформация поверхностей пузырьков приводит к уплощению пенных пленок и образованию полиэдрической пены, в которой пленки разделены системой треугольных капилляров (каналов Плато-Гиббса).

Рисунок 1.4. - Образование пенной пленки и всплывание пузырька к поверхности раствора ПАВ [3, 4].

Пена может быть получена как конденсационным, так и диспергационным способом. При конденсационном способе получения газовые пузырьки образуются из пересыщенного газом раствора (при понижении давления или повышении температуры) или при химической реакции следующим образом: в течение некоторого «индукционного» промежутка времени молекулы газа диффундируют к центрам зародышеобразования до создания локальных концентраций газа, достаточных для образования устойчивых пузырьков минимального (критического) размера. Далее микропузырьки газовой эмульсии быстро растут и объединяются в более стабильные и крупные пузыри, которые растут в результате диффузии газа [15, с. 17-18].

При получении диспергационным способом пена образуется в результате

механического дробления газовой фазы в пенообразующем растворе, что

может быть достигнуто интенсивным перемешиванием (например,

17

встряхиванием, взбиванием перфорированными дисками, венчиком или пропеллерной мешалкой), барботажем газа через капиллярную трубку или пористый фильтр, а также эжектированием раствора (как в пенообразующих противопожарных стволах и в сетчатых диспенсерах, используемых в косметике). При перемешивании образуется пена с невысокой кратностью, зависящей от физико-химических свойств пенообразующего раствора, но, как правило, с К не более 20 [5]. В работе [16] исследовано влияние скорости вращения венчика миксера на исходное распределение пузырьков по размерам и начальные дисперсионные характеристики пены. С увеличением числа оборотов венчика миксера при прочих равных условиях наблюдался рост дисперсности, кремистости пены.

Также пену получают струйным или капельным напылением раствора ПАВ на сетку таким образом, что образующиеся на отверстиях пленки выдуваются потоком воздуха с образованием пузырьков пены. Для этого служат специальные пеногенераторы, позволяющие получать более однородные, «сухие» полиэдрические пены меньшей дисперсности, но большей кратности (с К 100 и более).

1.1.2. Старение и разрушение пены

Так как пена является термодинамически неустойчивой системой, то сразу же с момента ее образования начинается процесс старения и разрушения. На пену действуют следующие силы: гравитация; капиллярные силы; разность давления в пузырьках различных размеров (давление в пузырьке обратно пропорционально его размеру); силы, вызванные перекрыванием и отталкиванием двойных электрических или обогащенных ВМС слоев, создаваемых адсорбционными слоями на границе жидкость-газ (для очень стабильных пен с тонкими пленками). Изменение пен во времени обусловлено главным образом следующими процессами:

1. вытекание жидкости из пленок в каналы (капиллярное всасывание);

2. увеличению среднего размера пузырьков вследствие разрыва пенных пленок и/или диффузионного переноса газа (Оствальдова созревания);

3. стекание жидкости по каналам с последующим выделением ее из пены;

4. разрушение пенного объема, вследствие высвобождения газа в окружающую среду и гравитационного синерезиса.

Соответственно, можно выделить следующие факторы разрушения (неустойчивости) пены: капиллярный, структурный, гидродинамический и объемный.

Вытекание жидкости из пленок в каналы вначале связано с существованием некоторого избытка жидкости в пленках при ее образовании, а далее - с возникновением пониженного лапласовского давления в вогнутых каналах. По достижении определенной толщины вступают в игру силы молекулярного или электростатического отталкивания, обусловленные сближением и перекрыванием диффузной части адсорбционных слоев. С течением времени происходит внутреннее (структурное) разрушение пены -укрупнение пенных пузырьков, сопровождающееся уменьшением их числа, причем объем пены может некоторое время практически не меняться. Наконец, если пенная пленка не разрушилась вследствие флуктуаций и механического воздействия, то может образоваться предельно тонкая метастабильная ньютоновская пленка, состоящая из двух адсорбционных слоев и тончайшей прослойки сольватной воды, связанной полярными группами и противоионами.

Дисперсный состав пены является ее важной характеристикой, так как сильно влияет на свойства пены (такие как синерезис, диффузионный перенос, реологические и оптические свойства) и на все факторы ее устойчивости. Разрушение пузырьков определяется их распределением по размеру, поэтому данные о кинетике изменения дисперсности пены и связанных с нею характеристик важны для понимания процессов, участвующих в разрушении пены. Существует два пути внутреннего разрушения пены: коалесценция и Оствальдово созревание.

Коалесценция - слияние пузырьков за счет разрыва пенных пленок, который обусловлен флуктуациями толщины и носит вероятностный характер. Скорость коалесценции растет с понижением вязкости жидкости, критической толщины пленки, с увеличением поверхностного натяжения раствора (снижением градиентов поверхностного натяжения) и диаметра пузырьков (с ростом площади поверхности пенных пленок). Вклад коалесценции очень мал для пенных пленок с большой прочностью и упругостью адсорбционных слоев и заметно возрастает к концу жизни пены.

Оствальдово созревание - процесс укрупнения пузырьков, происходящий

в результате диффузионного переноса газа из пузырьков меньшего размера (с

большим давлением) в смежные пузырьки большего размера (с меньшим

давлением). В результате происходит уменьшение размера первых и рост

последних, в результате которого давление в пенных пузырьках стремится к

атмосферному. Таким образом, движущей силой Оствальдова созревания

является разница давлений в пузырьках разного размера, и если мы хотим

получить устойчивую пену, необходимо, чтобы исходно она была

монодисперсной. Также происходит диффузия газа из пузырьков в атмосферу,

приводящая к общему сокращению объема пены. Особенно Оствальдово

созревание важно для пен, в которых пленки устойчивы к разрыву. Скорость

разрушения пены за счет диффузионного переноса растет с увеличением

полидисперсности, растворимости газа, коэффициента диффузии,

поверхностного натяжения раствора ПАВ, уменьшением толщины, упругости

и плотности адсорбционных слоев. Особенно скорость Оствальдова

созревания зависит от модуля упругости, вязкости и плотности

адсорбционных слоев ПАВ. Экспериментальные исследования

газопроницаемости пенных пленок, полученных с использованием

лаурилсульфата натрия, показали, что пленки, стабилизированные ПАВ с

высокими значениями модуля поверхностной упругости, гораздо меньше

подвержены Оствальдовому созреванию, что объясняется пониженной

газопроницаемостью адсорбционных слоев в этих системах. Добавка

20

глицерина в пенообразующий раствор повышает вязкость дисперсионной среды и уменьшает растворимость газа в ней, а это, в свою очередь, сказывается на коэффициенте диффузии газа в средней части пенных пленок [1, 5, 17].

Путем исследования микрофотографий пены в различные моменты ее жизни Кларком и Блекманом установлена зависимость удельной поверхности пены Буд от времени жизни пены t :

Буд = Будо exp (-kt) , (1.8)

где Буд0 - начальная удельная поверхность пены, k - const [5].

Согласно уравнению Де Фриза, полученному на основе уравнения диффузии Фика, разность квадратов начального и текущего (в момент t) радиусов одиночного пузырька (r0 и r, соответственно) прямо пропорциональна времени t [3-5]:

ro2 - r2 = {do1 - d2) /4 = kt (1.9)

где d0, d - начальный и текущий диаметры пузырька.

Уравнение, связывающее объем жидкости в пене ко времени t и средний диаметр пузырьков d в этот момент [5]:

V= Vo exp [(d2- do2) / 2 ] (1.10)

Кинетика изменения размера пузырьков вследствие Оствальдова созревания через их связь с коэффициентом диффузии и проницаемостью газа через пленку изучалась в работах [18] и [19].

Количество молей воздуха dn, перенесенных из отдельного пузырька радиусом r за время dt за счет диффузии в жидкость:

dn= SkxPK dt / RT = 4xr2k Рк dt / RT, (1.11) где k - газопроницаемость, Pk - среднее капиллярное давление в пузырьках, S - площадь поверхности пузырька. Скорость изменения отдельного пузырька радиусом выражается следующим уравнением [18, 19] :

(1.12) 21

Эффективная газопроницаемость к из пузырька через пленку толщиной 8, равна:

к = БоО / (8 + 2О / кт1 ) , (1.13)

где Бо - коэффициент растворимости Оствальда - Сеченова, О -коэффициент диффузии, кт1 - проницаемость газа через монослой ПАВ. Здесь возможны два предельных случая для проницаемости газа через пленку: когда она контролируется монослоем ПАВ (8<< 2О / кт1 ) и в случае ее контроля жидкой прослойкой пенной пленки ( 8>> 2О/кт1 ) . В последнем случае, характерном для маловязких растворов ПАВ, можно записать:

к ~ БоО/8 (1.14)

И наоборот, если на поверхности тонкой пленки имеется высоковязкий плотный адсорбционный слой, то межпузырьковый диффузионный перенос незначителен.

Преобладающий механизм разрушения пены может быть оценен с помощью уравнения Лифшица-Слезова-Вагнера, установленного для различных дисперсных систем [20-26]:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ерасов Вадим Сергеевич, 2019 год

Литература

1. Foam Engineering: Fundamentals and Applications. / Ed. by P. Stevenson. -Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd., 2012. - 532 pp.

2. Bikerman J.J. Foams. New York: Springer-Verlag, 1973. - 337 pp

3. Тихомиров В.К. Пены: теория и практика их получения и разрушения. -М.: Химия, 1983. - 264 с.

4. Кругляков П.М., Ексерова Д.Р. Пена и пенные пленки. М.: Химия, 1990. - 432 с.

5. Канн К. Б. Капиллярная гидродинамика пен. - Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1989. - 167 с.

6. Pugh R.J. Bubble and foam chemistry. - Cambridge: Cambridge University Press, 2016. - 423 pp.

7. Вилкова Н.Г. Свойства пен и методы их исследования. - Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2014 - 120 с.

8. Sadoc J.F., River N. Foams and emulsions. - Dordrecht: Springer Science+Business Media, 1999. — 610 pp.

9. Schramm L.L. Emulsions, Foams and Suspensions: Fundamentals and Applications. - Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005. -465 pp.

10. Холмберг К., Йёнссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах: Пер. с англ. - М.: БИНОМ - Лаборатория знаний, 2007. - 526 с.

11. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М: Химия, 1975. - 512 с

12. Дерягин Б. В., Обухов Е. В. Упругие свойства пен и тонких пленок. П. Экспериментальная проверка теории. // Журн. физ. химии. 1936. - Т. 7, № 3. - С. 1-8.

13. Princen H.M., Kiss A.D. Rheology of foams and highly concentrated emulsion.// J. Colloid Interface Sci. 1986. - V. 112. - P. 427-437.

14. Verbist G., Weuire D., Kraynik A.M. The foam drainage equation.// J. Phys.: Condense Matter. 1996. - V. 8. - P. 3715-3731.

15. Физико-химические основы флотации. / Под ред. Ласкорина Б.Н., Плаксиной Л.Д. - М.: «Наука», 1983. - 264 с.

16. Engelsen C.W. den. Bubble size distribution of foam./ Engelsen C.W. den, Isarin J.C, Gooijer H, et al. // Autex Research J. 2002. - V. 2, No. 1 - P. 1427.

17. Tcholakova S., Mitrinova Z., Golemanov K. Control of Ostwald ripening by using surfactants with high surface modulus. // Langmuir - 2011. - V. 27. -P. 14807-14819.

18. Lemlich R. Prediction of changes in bubble size distribution due to interbubble gas diffusion in foam. // Ind. Eng. Chem. Fundam, 1978. - V. 17. - P. 89-93.

19. Attia J.A., Kholi S., Pilon L. Scaling laws in steady-state aqueous foams including Ostwald ripening. // Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2013. - V. 436 - P. 1000-1006.

20. Lifshitz I.M, Slyozov V.V. The kinetics of precipitation from supersaturated solid solutions. // J. Phys. Chem. Solids. 1961. - V. 19. - P. 35-50.

21. Wagner C. Theorie der Alterung von Niederschlagen durch Umloscn. // Zs. Electrochem. 1961. - Bd. 65. - P. 581-591.

22. Tokuyama M., Kawasaki K., Enomoto Y. Kinetic equations for Ostwald repening. // Physica Ser. A. - 1986 - V. 134. - P. 323-338.

23. Венгренович Р.Д., Москалюк А.В., Ярема С.В. Оствалъдовское созревание в условиях смешанного типа диффузии. // Физика твердого тела. 2007. - Т. 49, № 1.- С. 13-18.

24. Taylor P. Ostwald ripening in emulsions. // Adv. Colloid Interface Sci. 1998. - V. 75. - P. 107-163.

25. Taylor P. Ostwald ripening in emulsions: estimation of solution thermodynamics of the disperse phase. // Adv.Colloid Interface Sci. 2003 -V.106. - P.261-285.

26. Бажал И.Г., Куриленко О.Д. Переконденсация в дисперсных системах.-Киев: Наукова думка, 1975. - 216 с.

27. Перцов А.В., Чернин В.Н., Чистяков Б.Е., Щукин Е.Д. Капиллярные эффекты и гидростатическая устойчивость пен. Доклады АН СССР. 1978. - Т. 238, №6. - С. 1395-1398.

28. Кротов B.B., Русанов А.И. Гиббсовская упругость и устойчивость жидких объектов // Вопросы термодинамики гетерогенных систем и теории поверхностных явлений. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1971. - вып.1. -C. 157-198.

29. Koehler S.A. Dynamics of foam drainage./ Koehler S.A., Stone H.A., Brenner M.P., Eggers J. // Physical Rev. 1998. -V. 58. - P. 2097-2106.

185

30. Hilgenfeldt S., Koehler S.A., Stone H.A. Dynamics of coarsening foams: accelerated and self-limiting drainage // Physical Review Letters. 2010. -V. 86. - P. 4704-4707.

31. Heller J. P., Kuntamukkula M.S. Critical review of the foam rheology literature.// Ind. Eng. Chem. Res. 1987. -V. 26. - P. 318-325.

32. Saint-Jalmest A. Physical chemistry in foam drainage and coarsening.// Soft matter. 2006. - V. 2. - P. 836-849.

33. Stone H.A. Perspectives on foam drainage and the influence of interfacial rheology./ Stone H.A., Koehler S.A., Hilgenfeldt S., Durand M. // J. Phys.: Condens. Matter. 2003. - V. 15. - P. 283-290.

34. Фокина Н.Г., Кругляков П.М. Исследование разрушения столба пены при больших перепадах давления в ее жидкой фазе. // Труды Всесоюзного семинара по коллоидной химии и физико-химической механике пищевых и биоактивных дисперсных систем (1989-1990 гг.). М.: Наука, 1991. - 248 c.

35. Христов Х.И., Ексерова Д.P., Кругляков П.М. Время жизни пены при постоянном давлении в каналах Плато-Гиббса как характеристика устойчивости // Коллоидный журнал. - 1981. - Т.43, № 1. - С.195-197.

36. Fameau A.L. Smart foams : switching reversibly between ultrastable and unstable foams./ Fameau A.L., Saint Jalmes A., Cousin F., et al. // Angewandte Chemie Int. Ed. 2011. - V.50. - P. 8264-8269.

37. Tadros Th. F. Emulsion Formation and Stability. - Weinheim: John Wiley -VCH Verlag, 2013. - P. 1-22.

38. Tuinier R., Rieger J., de Kruif C.G. Depletion-induced phase separation in colloid-polymer mixtures. // Adv. Colloid Interface Sci. 2003. - V. 103. -P. 1-31.

39. Babchin A.J., Schramm L.L. Osmotic repulsion force due to adsorbed surfactants.// Colloids Surfaces B: Biointerfaces. 2012. - V. 91. - P. 137- 143.

40. Адам Н.К. Физика и химия поверхности. М.-Л.: ОГИЗ Госиздат технико-теоретической литературы, 1947. - 283 с.

41. Fainerman V.B. Surface tension isotherms, adsorption dynamics and dilational visco-elasticity of sodium dodecyl sulphate solutions./ Fainerman V.B., Lylyk S.V., Aksenenko E.V., et al. // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2010. - V. 354. - P. 8-15.

42. Духин C.C., Рулев Н.Н., Димитров Д.С. Коагуляция и динамика тонких пленок. - Киев: «Наукова думка», 1986. - 232 с.

43. Langevin D. Influence of interfacial rheology on foam and emulsion properties // Adv. Colloid Interface Sci. 2000. - V.88. - P. 209-222.

44. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. - М.: «Наука», 1985. - 398 с.

45. Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок. - М.: «Наука», 1986. - 206 с.

46. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: Интеллект, 2008. - 568 с.

47. Farajzadeh R., Krastev R., Zitha P.L. Gas permeability of foam films stabilized by a-olefin sulfonate surfactant. // Langmuir. 2009. -V.25. - P. 2881-2886.

48. Krzan M. Rheology of the wet surfactant foams and biofoams.- A review. Technical trans. Chem. 2013.-No.1.- P. 9-27.

49. Herschel W.H., Bulkley T. Measurement of consistency as applied to rubber-benzene solutions.// Am. Soc. Test Proc. 1926. - V. 26. - P. 621-633.

50. Herzhaft B. Rheology of Aqueous Foams: a Literature Review of some Experimental Works. Oil & Gas Science Technol. // Rev. IFP. 1999. - V. 54.

- P. 587-596.

51. Denkov N.D. Breakup of bubbles and drops in steadily sheared foams and concentrated emulsions./Denkov N.D., Tcholakova S., Golemanov K., Ananthapadmanabhan K. P, Lips A. // Physical Review. 2008. - V.78. - P. (051405)1-(051405)12.

52. Denkov N.D. The role of surfactant type and bubble surface mobility in foam rheology./Denkov N.D., Tcholakova S., Golemanov K., Ananthapadmanabhan K. P, Lips A. // Soft Matter. 2009. - V.5. - P. 33893408.

53. Kroezen A.B.J., Wassing J.G., Schipper C.A.C. The flow properties of foam. // JSDC. 1998. - V.104. - P.393-400.

54. Ozarmud O., Steeb H. Rheology properties of liquid and particle stabilized foam.// J. Phisics: Conference Series. 2015 - V. 602. - P. 12-17.

55. Cohen-Adad S., Hoballah H., Hohler R. Viscoelastic responce of coarsening foam. // Physical Rev. E. 1998. - V. 57.- P. 6897- 6901.

56. Боронос В.А., Чеботарёв С.А., Канн К.Б. Сдвиговая упругость газожисткостных пен. // Вестник БелГУ. Сер. естеств. наук. - Т.26, № 6.

- P. 141-150.

57. Wu M.-Sh, Sullivan M.E., Yee D.J. The viscosity of a foam (air in water emulsion). // Colloidal and Surfaces. 1984. - V. 12. - P. 375-378.

58. RegismondS.T.A., WinnikF.M., GoddardE.D. Stabilization of aqueous foams by polymer/surfactant systems: Effect of surfactant chain length.//Colloids Surfaces A: Phys.-Chem. Eng. Aspects. 1998.- V. 141. - P.165-171.

59. Fauser H., von Klitzing R. Effect of polyelectrolytes on (de)stability of liquid foam films. Soft Matter. - 2014. - V. 10. - P. 6903-6916.

60. Safouane M.. Viscosity effects in foam drainage: Newtonian and non-Newtonian foaming fluids./Safouane M., Saint-Jalmes A., Bergeron V., Langevin D. // Eur. Phys. J. - 2006. - V. 19. - P. 195-202.

61. Bureiko A., Trybala A., Huang J. et. al. Bulk and surface rheology of Aculyn 22 and Aculyn 33 polymeric solution and kinetics of foam drainage // Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. - 2013. - V. 434. - P.268-275.

62. Оспанова Ж.Б., Мусабеков К.Б., Асадов М.М. Влияние поверхностно-активных веществ различной природы на стабилизацию пенообразующих систем, содержащих поливиниловый спирт.// Журн. прикл. химии. 2014. - Т. 87, № 3. - P. 393-397.

63. Makri E.A., Doxastakis G.I. Study of emulsions and foams stabilized with Phaseolus vulgaris or Phaseolus coccineus with the addition of xanthan gum or NaCl. J. Sci. Food Agric., 2006. - V. 86. - P. 1863-1870.

64. Petkova R. , Tcholakova S., Denkov N.D. Foaming and foam stability for mixed polymer-surfactant solutions: effects of surfactant type and polymer charge.// Langmuir. 2012. - V. 28.- P.4996-5009.

65. Любимов В.Н., Скушникова А.И. Влияние полимеров полиакриламида на свойства противопожарных пен. // Технология техносферной безопасности. 2014. - V. 53, No.1- C. 2-7.

66. Keal L. Drainage dynamics of thin liquid foam films containing soft PNiPAM microgels: influence of the cross-linking density and concentration./ Keal L., Lapeyre V., Ravaine V., Schmitt V., Monteux C. // Soft Matter. - 2017. -V.13. -P. 170-180.

67. Safouane M. Viscosity effects in foam drainage: Newtonian and non-newtonian foaming fluids./ Safouane M., Saint-Jalmes A., Bergeron V. , Langevin D. // Eur. Phys. J. 2006. - V.19. - P. 195-202.

68. Плетнев М.Ю. Синерезис и кинетика установления давления в каналах пен некоторых пенообразователей для пожаротушения./ Плетнев М.Ю.,

Терещенко Н.Б., Власенко И.Г., Иванова Н.Б. // Коллоидн. журн. 1988 -Т. 50, No. 1. - C. 160-164.

69. Sheng Y. Effect of xanthan gum on the performance of aqueous film-forming foam./ Sheng Y., Lu, S., Xu M., Wu X., Li C. // J. Dispersion Sci. Technol., 2016 - V. 37, - P. 1664-1670.

70. Xie Y.R., Hettiarachy N.S. Effect of xanthan gum on enhancing the foaming properties of soy protein isolate.// J. Am. Oil Chem. Soc. 1998. - V. 75, No. 6. - P. 729-732.

71. Dawa Q. Effect of Xanthan and Arabic Gums on Foaming Properties of Pumpkin (Cucurbita pepo) Seed Protein Isolate./ Dawa Q., Hua Y., Chamba M. V.M., Masamba K.G., Zhang C. // J. Food Research, 2014.- V. 3, No.1.- P. 87-95.

72. Jing, J. Preparation and rheological properties of a stable aqueous foam system./ Jing, J., Sun, J.,Zhang, M., Wang, C., XiongX. // RSC Adv. 2017. -V.7. - P. 39258-39269.

73. Khezri M. The Effect of xanthan gum and temperature on foam stability of milk-based espresso coffees./Khezri M., Shahriari Sh., Shahsavani L.// J. Food Biosc.Tech. 2017. - V. 7. - P. 15-22.

74. Nunes F. M., CoimbraM. A. Influence of polysaccharide composition in foam stability of espresso coffee.// Carbohydrate Polymers. 1998. -V. 37.- P. 283285.

75. Saint-Jalmes A. Differences between protein and surfactant foams: Microscopic properties, stability and coarsening./ Saint-Jalmes A., Peugeot M.-L., Ferraz H., Langevin D. // Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng. Asp. 2005.- V. 263. - P. 219-225.

76. Lencin M.M.S. Effect of surfactant concentration on the responsiveness of a thermoresponsive copolymer/surfactant mixture with potential application on "Smart" foams formulations./ Lencin M.M.S., Miconi E.F., Leyes M.D.F., Domínguez C.,Cuenca E.,Ritacco H.A.// J. Colloid Interface Sci. 2018. -V.512. - P.455-465.

77. Mleko S. Rheological properties of foams generated from egg albumin after pH treatment.// Mleko S., Kristinsson H. G., Liang Y., Gustaw W.// Food Sci. Technol. -2007. - V. 5. - P.908-914.

78. Нуштаева А. В., Вилкова Н. Г., Еланева С. И. Стабилизация пен и эмульсий нерастворимыми порошками. - Пенза : ПГУАС, 2011. - 132 c.

79. Murray B.S., Ettelaie R. Foam stability: proteins and nanoparticles. // Current Opinion Colloid Interface Sci. 2004. - V. 9. - P. 314-320.

80. Fujii S., Murokami R. Smart particles as foam and liquid marble stabilizers.// KONA Powders and Particle J. 2008. - No. 261. - P. 153-166.

81. Guillermic R.M. Surfactant foams doped with laponite: unusual behaviors induced by aging and confinement./Guillermic R.M.,Salonen A.,Emile J.,Saint-Jalmes A.// Soft Matter. 2009. -V. 5. -P.4975-4982.

82. Suriatie Y., Manan M., Mohd Z. J. Aqueous Foams Stabilized by Hydrophilic Silica Nanoparticles via In-Situ Physisorption of Nonionic TX100 Surfactant // Iranica J. Energy Environ. 2013.-V. 4, No. 1. - P. 8-16.

83. Mohd T. A. T. Aqueous foams stabilized with silica nanoparticle and alpha olefin sulfonates surfactant./Mohd T. A. T., Abu Bakar N. F., Awang N., Talib A.A.// J. Mechanical Eng. 2018.-V. 12.-P. 3759-3770.

84. Gonzenbach U.T. Stabilization of foams with inorganic colloidal particles./

Gonzenbach U.T., StudartR.R., TervoortE., GaukerL.J. // Langmuir. 2006.-V. 22. - P. 10983-10988.

85. Gonzenbach U.T. Ultrastable particle-stabilized foams./ Gonzenbach U.T., StudartA.R.,Tervoort E., Gauckler L.J. //Angew Chem. Int. Ed. 2006. V. 45. - P. 3526-30.

86. Dickinson E. Food emulsions and foams: Stabilization by particles //Current Opinionin Colloid & Interface Sci. 2010. - V. 15.- P. 40-49.

87. Lesov I. Role of Pickering stabilization and bulk gelation for the preparation and properties of solid silica foams./ Lesov I., Tcholakova S.S, Kovadjieva M., Saison T., LambletM., Denkov N. // J. Colloid Interface Sci., 2017 - V.504. -P. 48-57.

88. Rafati R., Haddad A.S., Hamidi H. Experimental study on stability and rheological properties of aqueous foam in the presence of reservoir natural solid particles. // Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2016. - V. 509. - P. 19-31.

89. Kruglyakov P.M. About mechanism of foam stabilization by solid particles./ Kruglyakov P.M., Elaneva S.I., Vilkova N.G., Karakashev S.I. // Adv. Colloid Interface Sci. 2011.- № 165.- P. 108-116.

90. Vilkova N.G., Elaneva S.I., Karakashev S.I. Foam films from hexilamine stabilized by silica // Mendeleev Communication. 2011. T. 2011. - P. 344345.

91. Мишина (Еланева) С.И., Вилкова Н.Г. Синерезис пен, стабилизированных органомодифицированными частицами гидроксида алюминия // Universum: Химия и биология: электронный научн. журн. 2014. - №10.

92. Нуштаева А.В., Вилкова Н.Г., Мишина С.И. Влияние концентрации модификатора на устойчивость пен и эмульсий, стабилизированных коллоидными частицами кремнезема// Коллоидный журнал. 2014. - Т. 76, №6.- С. 769-766.

93. Нуштаева А.В. Влияние структурообразования в водной фазе на свойства модельных эмульсионных пленок, стабилизированных твердыми микрочастицами. / Нуштаева А.В., Шумкина А.А., Кругляков П.М., Еланева С.И. // Коллоидный журнал. 2011.- Т.73, № 6 - С. 826-834.

94. Вилкова Н.Г., Волкова Н.В., Козлова Е.П. Влияние реологических свойств суспензий на структуру пен. // Известия ВУЗов. Поволжский регион. Естеств. науки. 2013. - Т.3.,№3.-С. 54-63.

95. Kaptay G. Interfacial criteria for stabilization of liquid foams by solid particles. // Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2004. - V. 230 - P. 67-80.

96. Karakashev S.I. Formation and stability of foams stabilized by fine particles with similar size, contact angle and different shapes./Karakashev S.I,. Ozdemir O., Hampton M.A. Nguyen A.V. // Colloids Surfaces A Phys.-Chem. Eng. Asp. 2010. - V.382. - P.132-138.

97. Guevara J.S. Stabilization of Pickering foams by high-aspect-ratio nano-sheets./ Guevara J.S., Mejia A.F., Shuai. M., Chang, Y.-W., Mannanac M.S., Cheng, Z. // Soft Matter, 2013. - V. 9. - P. 327-1336.

98. Liu Q. Foams stabilized by laponite nanoparticles and alkylammonium bromides with different alkyl chain lengths./ Liu Q., Zhang S., Sun D., Xu J. // Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2010. - V. 355. - P. 151157.

99. Binks B., Sekine T., Tyowua A. Dry oil powders and oil foams stabilised by fluorinated clay platelet particles. // Soft Matter. 2014. - V.10.- P.578-589.

100. Maestro A., Rio E., Drenckhan W. Foams stabilised by mixtures of nanoparticles and oppositely charged surfactants: relationship between bubble shrinkage and foam coarsening. // Soft Matter. 2014.- V. 10.- P. 6975-6983.

101. Alargova R.G. Foam superstabilization by polymer microrods./ Alargova R.G., Warhadpande D.S., Paunov V.N., Velev O.D.// Langmuir, 2004. - V. 20. - P. 10371-10374.

102. Stocco A. Aqueous foams stabilized solely by particles./ Stocco A., Rio E., Binks B.P., Langevin D.// Soft Matter, 2011. - V. 7. - P. 1260-1267.

103. Stocco A. Particle-stabilized foams: structure and aging./ Stocco A., Garsia-Moreno F., Manke I., Banhart J., Langevin D. // Soft Matter, 2011. - V.7. - P. 631-637.

104. Stokko A. Particle-stabilised foams: an interfacial study./Stokko A., Drenckhan W., Rio E., Langavin D., Binks B.P. // Soft Matter. 2009. - V. 5. - Р. 2215-2221.

105. Wege H.A. Long-term stabilization of foams and emulsions with in-situ formed microparticles from hydrophobic cellulose./Wege H.A., Kim S., Paunov V.N., Zhong Q., Velev O.D.// Langmuir, 2008. -V. 24. - P. 9245-9253.

106. Horosov T.S. Particle zips vertical emulsion films with particle monolayers at their surfaces./Horosov T.S., Aveyard R., Clint J., Neumann B.// Langmuir. -2005. - V. 21. - P. 2330-2341.

107. Binks B.P., Horozov T. S. Aqueous foams stabilized solely by silica nanoparticles // Angew. Chem. 2005. V. 44. - Р. 3722-3725.

108. Gonzenbach U.T. Tailoring the microstructure of particle-stabilized wet foams./ Gonzenbach U.T., Studart A.R., Tervoort E., Gauckler L. // Langmuir. 2007. - V. 23. - P. 1025 - 1032.

109. Hunter T.N. The role of particles in stabilising foams and emulsions./ Hunter T.N, Pugh R. J., Franks G.V., Jameson G. J. // Advances in Colloidal Interface Sci. 2008.- V. 137. - P. 57-81.

110. Binks B.P. On the origin of the remarkable stability of aqueous foams stabilised by nanoparticles: link with microscopic surface properties.// Soft Matter. 2008. - V.4. - P. 1531-1535.

111. Покидько Б.В., Ботин Д.А., Плетнев М.Ю. Эмульсии Пикеринга и их применение при получении полимерных наноструктурированных материалов // Вестник МИТХТ. 2013.- № 1.- C. 4-14.

112. Lama S., Velikov K.P., Velev O.D. Pickering stabilization of foams and emulsions with particles of biological origin. 2014. - V. 19, No. 5. - P. 490500.

113. Bilbao-Montoya M. P. Outstanding stability of particle-stabilized bubbles./ Bilbao-Montoya M. P., Du Z., Binks B. P., Dickinson E., Ettelaie R., Murray B. S. // Langmuir. 2003.- V.19.- Р.3106-3118.

114. Horozov T. S. Foams and foam films stabilised by solid particles.// Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2008. -V.13. - P. 134-140.

115. Zhao G. Stability mechanism of a novel three-phase foam by adding dispersed particle gel.// Zhao G., Dai C., Wen D., Fang J. / Colloids Surfaces A: Phys.-Chem. Eng. Asp. 2016. - V.497. - P. 214-224.

116. Cui Z.-G. Aqueous Foams Stabilized by in Situ Surface Activation of CaCO3 Nanoparticles via Adsorption of Anionic Surfactant./ Cui Z.-G.,Cui Y.-Z. Cui C.-F, Chen Z, Binks B.P.//Langmuir. 2010. -V. 26. -P. 12567-12574

117. Zhu Y. Responsive Aqueous Foams Stabilized by Silica Nanoparticles Hydrophobized in Situ with a Conventional Surfactant./ Zhu Y., Pei X., Jiang J., Cui Z, Binks B.P.//Langmuir. 2015. -V. 31. -P.12937-12943

118. Cervantes Martinez A. On the origin of the remarkable stability of aqueous foams stabilised by nanoparticles: link with microscopic surface properties./ Cervantes Martinez A., Rio E., Delon G., Saint-Jalmes A, Langevin D., Binks B. P. // Soft Matter.2008. - V. 4. - P. 1531-1535.

119. SunX.-X., Chen Y., Zhao J.-X. Foams stabilized by fumed silica particles with a quaternary ammonium gemini surfactant.// Act. Phys.-Chem. Sinics. 2016. -V.32. - P.2045-2051.

120. Qin B. Aqueous three-phase foam supported by fly ash for coal spontaneous combustion prevention and control./ QinB., Lu Y.,Li Y.,WangD.// Adv.Powder Tech. 2014. - V.25. - P.1527-1533.

121. Rouyer F. Transport of coarse particles in liquid foams: coupling of confinement and buoyancy effects./ Rouyer F., Louvet N., Fritz C., Pitois O. // Soft Matter. 2011.- V.7. - P. 4812-4820.

122. Rouyer F. The sedimentation of fine particles in liquid foams./ Rouyer F., Louvet N., Fritz C, Pitois O. // Soft Matter. 2010. - V. 6. - P. 3863-3869.

123. Wang J., Nyugen A.V. Foam drainage in presence of solid particles. 2016.- V. 12. - P. 3004-3012.

124. Xue Z. Viscosity and stability of ultra-high internal phase CO2-in-water foams stabilized with surfactants and nanoparticles with or without polyelectrolytes./Xue Z., Worthen A., Qajar A.,Robert I.,Bryant S.L., Huh C., ProdanovicM., Johnston K.P.//J. Colloid Interface Sc. 2016. - V.461. - P.383-395.

125. DenkovN.D., MarinovaK.G. Antifoam effects of solid particles, oil drops and oil-solid compounds in aqueous foams. In: Colloidal Particles at Liquid Interfaces. - Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2006. - P. 383-444.

126. Aveyard R. Aspects of aqueous foam stability in the presence of hydrocarbon oils and solid particles./Aveyard R., Binks B.P., Fletcher P.D.I., Peck T.G., Rutherford C.E.// Adv. Colloid and Interface Sci. 1994. - V. 48. - P. 93-120.

127. Spyridopoulos M. Effect humic substances and particles on bubble coalescence and foam stability in relation to dissolved air flotation processes./Spyridopoulos M., Simons S., Neethling S., Cilliers J. // Physicochemical Problems of Mineral Processing, 2004. - V. 38. - P.37-52.

128. Плетнев М.Ю. Косметико-гигиенические моющие средства. - М.: Химия, 1990.- 272 с.

129. Поверхностно-активные вещества и композиции. Справочник. / Под ред. Плетнева М.Ю. - М.: ИД «Косметика и медицина», 2002. - 768 с.

130. Chistyakov B.E. Theory and practical application aspects of surfactants, in: Surfactant Chemistry - Interfacial Properties and Applications (Stud. Interface Sci. Ser., 13), Elsevier, Amsterdam, 2001, pp. 511-618.

131. Arzhavitina A., Steckel H. Foams for pharmaceutical and cosmetic applications.// Int. J. Pharm. 2010. - V. 394. - P. 1-17.

132. Engels T., von Rybinski W., Schmiedel P. Structure and dynamics of surfactant-based foams.// Prog. Colloid. Polymer Sci. 1998-V. 111. -P.117-126.

133. Neu G. E. Techniques of foam measurement.// J. Cosmetic Sci. 1960. - V.11, No. 7. - P. 390-414.

134. Гроссер А.В. Научные и технические аспекты создания зубных паст. Обзор основных компонентов.// Стоматология сегодня.- 2000. - № 1.

135. Shanebrook A.C. Formulation and use of surfactants in toothpastes. Report at CE527: Colloid and Surface Phenomenon, April 8, 2004; http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.522.6631.

136. Гелевые зубные пасты. Источник: http://bg-chemicals.ru/rus/page/6021/

137. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, анализ, применение. - СПб.: Профессия., 2005. - 240 c.

138. Попов Н. И., Чеснокова П. В. Дезинфекция бактерицидными пенами при туберкулезе. // Ветеринарная патология. 2007.- №3. - С. 231-235.

139. Purdon C.H. Foam drug delivery in dermatology./ Purdon C.H., Haigh J.M., Surber C, Smith E.W. // Am. J. Drug Delivery. 2003. - V. 1. - P. 71 -75.

140. Tamarkin D., Friedman D., Shemer A. Emolient foam in topical drug delivery. // Expert Opin. Drug Delivery. 2006. - V. 3, No. 6 - P. 799-807.

141. Tang C. Responsive foams for nanoparticle delivery./ Tang C., Xiao E., Sinko P.J., Szekely Z., Prud'homme R.K.// Colloids Surfaces B Biointerfaces. 2015-V.133. - P. 81-87.

142. Bhawmil D. Recent advance in novel topical drug delivery system./ Bhawmil D., Gvopinath H., Kumar B.P., Daraivel S., Kumar K.P.S. // Pharm. Innov. 2012. - V. 1, No. 9. - P. 12-31.

143. Shinde N.G. Pharmaceutical foam drug delivery system: general considerations./ Shinde N.G., Aloorkar N.H., Bangar B.N., Deshmukh S.M., Shirke M.V., Kale B.B. //Indo American J. Pharm. Res. 2013. - V. 3, No. 12. -P. 1322-1327.

144. Shemer A., Sakka N., Tamarkin D. Betamethasone valerate foam: look at the clinical data.// Clinical Trial Outcomes. 2014. - V.4, No. 33. - P. 259-267.

145. Herhandler R. Novel drug delivery through use of foamed excipient.// Biofarm Int., 2015 - V. 28, No. 4. - P. 46-77.

146. Zhao Y., Jones S., Brown M. Dynamic foams in topical drug delivery.//J. Pharm. Pharmacol. 2010. - V.62. - P.678-84.

147. Dhawan, S. S. Tazarotene cream (0.1%) in combination with betamethasone valerate foam (0.12%) for plaque-type psoriasis./ Dhawan S. S., Blyumin M. L., Pearce D. J., Feldman S. R. // J. Drugs Dermatol., 4, 228-230

148. Reid D. C., Kimball A. B. Clobetasol propionate foam in the treatment of psoriasis. // Expert opin. Pharmacother.2005. -V. 6. -P.1735-1740.

149. Elewski B. E. A novel foam formulation of ketoconazole 2% for the treatment of seborrheic dermatitis on multiple body regions./Elewski B. E., Abramovits, W., Kempers S., Schlessinger J., Rosen T., Gupta A. K., Abraham S., Rowell, R. // J. Drugs Dermatol. - 2007. -V. 6. - P. 1001-1008.

150. Shalita A. R. The safety and efficacy of clindamycin phosphate foam 1% versus clindamycin phosphate topical gel 1% fort the treatment of acne vulgaris.// Shalita, A. R., Myers, J. A., Krochmal, L., Yaroshinsky, A., J. Drugs Dermatol. 2005. - V. 4. - P.48-56.

151. Rolz-Cruz G., Kimball A. B. Ketoconazole 2% foam for treatment of seborrheic dermatitis. Expert Rev. Dermatol. 2008. - V.3. -P. 15-21.

152. Huang X. A novel foam vehicle for delivery of topical corticosteroids./ Huang X., Tanojo H., Lenn J., Deng C. H., KrochmalL.// J. Am. Acad. Dermatol. 2005. - V. 53. - P. 26-38.

153. Cooper A., Kennedy M.W. Biofoams and natural protein surfactants.// Biophys. Chem., 151 (3) (2010), pp. 96-104.

154. Fleming R.I. Foam nest components of the tungara frog: a cocktail of proteins conferring physical and biological resilience.// Fleming R.I., Mackenzie C.D., Cooper A., Kennedy M.W.// Proc. R. Soc. B-Biol. Sci. 2009 -V. 276. - P. 17871795.

155. Cooper A. Frog foams and natural protein surfactants./ Cooper A., Vance S.J., Brian O., Smith B.O., Kennedy M.W. //Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2017. -V.534. - P. 120-129.

156. Хаджиева З.Д. Пенные терапевтические системы: технологические аспекты и классификация.// Научные ведомости БелГУ. Фарм. мед. 2007.-№ 1.- C. 35-37.

157. Хаджиева З.Д., Тигиева З.Г. Технология пенных ванн для использования в бальнеологической практике.// Научные ведомости БелГУ. Фарм. мед. 2010. - № 22.- C. 55-57.

158. Плетнев М.Ю., Чистяков Б.Е., Власенко И.Г. Современные пенообразующие составы - свойства, области применения и методы испытаний. Тематич. обзор. - М.: ЦНИИТЭ Нефтехим, 1984. - 41 с.

159. Cash T. Fighting fires with foam. Parts1-2. // Fire Safety Eng. 1995 - V. 2, No. 2. - P. 9-14; No. 4. - P. 24-29.

160. Шароварников А.Ф., Шароварников С.А. Пенообразование и пены для тушения пожаров. Состав, свойства, применение. - М.: Пожарнаука, 2005. - 335 с.

161. Шароварников А.Ф., Молчанов В.П. и др. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов./Шароварников А.Ф., Молчанов В.П., Воевода С.С., Шароварников С.А. - М.: Калан, 2002. - 448 с.

162. Воевода С.С., Корольченко Д.А., Макаров С.А. Обзор зарубежной литературы по моделированию процесса тушения нефтепродуктов пенами.// Пожаровзрывобезопасность. 2008. - Т. 1, № 3. - С. 60-67.

163. A Firefighter's Guide to Foam. - Exton: National Foam Inc, 2007. - 21 pp.

164. Figuredo R.C.R., Sabadini E. Firefighting foam stability: the effect of the drag reducer poly(ethylene) oxide.// Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2003. - V. 215. - P. 77-86.

165. Лейк Л. Основы методов увеличения нефтеотдачи. Техасский университет в Остине (пер. с англ.), Изд-во Общества инженеров-нефтяников, 2007. -449 с. - Интернет: http://www.oil-info.ru/content/view/148/59/.

166. Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 1007 c.

167. Амиян В.А., Амиян А.В., Казакевич Л.В. Применение пенных систем в нефтегазодобыче М: Недра, 1987. — 229 с.

168. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: "Академия", 2013. - 352 с.

169. Сыркин А.М., Мовсумзаде Э.М. Поверхностные явления и дисперсные системы в нефтепромысловом деле. - Уфа: Издательство УГНТУ, 2005.148 с.

170. Хлебников В.Н. Влияние остаточной нефтенасыщенности на эффективность пенных экранов в области газонефтяного контакта месторождения вязкой нефти./Хлебников В.Н., Мишин А.С., Антонов С.В., Суслова А.А. // Технология нефти и газа. 2013. -V.89. - P. 47-50.

171. Fink J.K. Petroleum Engineer's Guide to Oil Field Chemicals and Fluids, Elsevier - Gulf Professional Publishing, Amsterdam, 2012.

172. Rossen W.R. Foam in enhanced oil recovery, in: Foams: Theory, Measurements and Applications (Surfactant Sci. Ser., 57). R.K. Prud'homme and S. Khan (Eds.), Marcel Dekker, Inc.: New York, 1996, pp. 413-464.

173. Yang J., Jovancicevic V., Ramachandran S. Foam for gas well deliquification. Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Aspects. 2007. -V.309. -P. 177-181.

174. Knapik, E., Stopa J., Marzec A. Foams stabilized with nanoparticles for gas well deliquification. Pol. J. Chem. Technol. 2014 - V.16. -P.114-117.

175. Verma A., Chauhan G., Ojha K. Synergistic effects of polymer and bentonite clay on rheology and thermal stability of foam fluid developed for hydraulic fracturing. Asia-Pacific J. Chem. Eng., 2017, 12, 872-883

176. Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. М.: "Недра", 1984. - 383 с.

177. Богданов О.С. Теория и технология флотации руд. М.: "Недра", 1990. - 363 с.

178. Мелик-Гайказян В.И., Емельянова Н.П., Юшина Т.И. Методы решения задач теории и практики флотации. М.:"Горная книга". 2013. - 63 с.

179. Leja J. Surface chemistry of froth flotation. Springer, 1982. - 758 p.

180. Хоникевич А.А. Очистка радиоактивно-загрязненных вод лабораторий и исследовательских ядерных реакторов. - М.: Атомиздат, 1974. - 312 с.

181. Neu G.E. Macroporous ceramics from particle-stabilized wet foams./ Neu G.E., Gonzenbach U.T., Studart A.R., Tervoort E., Gauckler L.J.// J. Am. Ceramic Soc., 2007. - V. 90. - P. 16-22.

182. Gonzenbach, U.T. Macroporous ceramics from particle-stabilized wet foams./ Gonzenbach, U.T., Studart A.R., Tervoort E., Gauckler L.J. // J. Amer. Ceram. Soc. 2007. -V. 90. - P.16-22.

183. Scheffler M., Colombo P. (Eds.).Cellular Ceramics: Structure, Manufacturing, Properties and Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005. - 645 pp.

184. Sarkar N. Influence of amphiphile on foam stability of Al2O3-SiO2 colloidal suspension to porous ceramics./ Sarkar N., Park J.G., Seo D.N., Mazumber S., Pokher A. Aneziris C.G., Kim I.J. // J. Ceramic Processing Res. 2015. - V. 16, No. 4.- P. 392-396.

185. Лысаков В.Н. Методы получения и исследования свойств пенных составов, перспективных для создания звукоизоляционных покрытий./ Лысаков В.Н., Седунов С.Г., Тараскин К.А., Спиридонова М.П. // Молекулярные технологии. 2008. - V.2.- P. 61-79.

186. Amran Y.H.M., Farzadnia N., Abang Ali A.A. Properties and applications of foamed concrete - a review. Construc. Build. Mater. 2015. -V.101. -P. 9901005.

187. She W. Application of organic- and nanoparticle-modified foams in foamed concrete: Reinforcement and stabilization mechanisms./ She W., Du Y., Miao C., Liu J., Zhao G., Jiang J., Zhang Y. // Cement Concrete Res. 2018. -V. 106, P.12-22.

188. Mittal V. (Ed.) Polymer Nanocomposite Foams. - Taylor & Francis Group, LLC, 2014. - 254 p.

189. Pandey J.K. Handbook of Polymer Nanocomposites. Processing, Performance and Application. Volume A: Layered Silicates Springer-Verlag/ Pandey J.K., Reddy K.R., Mohanty A.K., Misra M. (Eds.). - Berlin, Heidelberg, 2014. - 538 p.

190. Iannace S., Park C.B. (Eds.) Biofoams: Science and Applications of Bio-Based Cellular and Porous Materials. - CRC Press, 2016. - 456 p.

191. Illy E., Navarini L. Neglected food bubbles: the espresso coffe foam.//Food Biophysics. 2011. - V.6. - P.335-348.

192. Kosin P. Relationship between Matrix Foaming Potential, Beer Composition, and Foam Stability./Kosin P., Savel J., Evans D. E., Broz A. //J. Amer.Sci. Brewing Chem. 2018. V. 68.P. 63-69.

193. Kordialik-Bogaska E., Ntczal N. Prediction of Beer Foam Stability from Malt Components.//Czech J. Food Sci. 2011.V.29. P.243-249.

194. Blasco L., Vinas M., Villa T. Proteins influencing foam formation in wine and beer: the role of yeast.//Int Microbiol.2011. -V.14. - P.61-71.

195. Bamforth C.W. The Relative Significance of Physics and Chemistry for Beer Foam Excellence: Theory and Practice.//Inst. Brew. 2004. -V.110. -P.259-266.

196. Rybak O. Some aspects of the formation of emulsions and foams in food industry.// Ukrain J. Food Sci. 2003. - V.1.- P.41-49.

197. Buezu R.I. Interactions between P-Lactoglobulin and polysaccharides at the air-water interface and the influence on foam properties./ Buezu R.I., Sanchez C.C., Patino J.M.R., Pilosof A.M.R. // Food Colloids: Interactions, Microstructure and processing. London: Royal Society of Chemistry, 2005.-508 P.

198. Pasban A. Effects of endemic hydrocolloids and xanthan gum on foaming properties of white button mushroom puree studied by cluster analysis: A comparative study./ Pasban A., Mohebbi M., Pourazarang H., Varidi M. // J. Taibah University Sci. 2014. - V.8.- P.31-38.

199. Васькин В.А. и др.- Белок-полисахаридные смеси - альтернатива белкам яйца и молока в технологии получения крема эмульсионно-пенной структуры // Кондитерское производство. 2015. - № 3. - С. 26-31.

200. Храмцов А.Г. Пенообразование и пеноразрушение в молочном сырье при его переработке./ Храмцов А.Г., Оверченко И.В., Москаленко В.В., Нестеренко П.Г. // Известия вузов. Пищевая технология. 1992. - №3.-C. 24-25.

201. Cметанин В.С. Влияние казеината натрия и эмульгаторов на свойства отделочных полуфабрикатов на основе газожидкостных дисперсных систем./ Cметанин В.С., Бабич О.О., Разумникова И.С., Иванова С.А.// Техника и технология пищевых производств. 2010.- №3.- С.45-49.

202. Shenga L. Consequences of phosphorylation on the structural and foaming properties of ovalbumin under wet-heating conditions./ Shenga L., Yea S, Hana K., Zhub G., Maa M., Caia Z.// Food Hydrocolloids. 2019. - V.91. - P. 166173.

203. Li X. Foaming characterization of fresh egg white proteins as a function of different proportions of egg yolk fractions./ Li X., Li J., Chang C., Wang C., Zhang M., Su Y, Yang Y.//Food Hydrocolloids. 2019. V.90 - P. 118-125.

204. Gharbi N., Labbafi M. Influence of treatment-induced modification of egg white proteins on foaming properties.//Food Hydrocolloids. 2019. V.90. - P. 72-81.

205. Jianga X. Surface engineered bacteria as Pickering stabilizers for foams and emulsions./JiangaX., Yucel C., Kim F., Dalbyb N., Siegumfeldta H., Arneborga N., Risboa J. // Food Hydrocolloids. 2019. - V.89. - P. 224-233.

206. Phawaphuthanonab N. Effect of fish gelatine-sodium alginate interactions on foam formation and stability./ Phawaphuthanonab N., Yu D., Ngamnikomac, Shina I.-Sh., ChungcD.//Food Hydrocolloids. 2019. - V.88. - P. 119-126.

207. Dabestania M., Yeganehzad S. Effect of Persian gum and Xanthan gum on foaming properties and stability of pasteurized fresh egg white foam. //Food Hydrocolloids. 2019.- V.87. - P. 550-560.

208. Ellis A.L. The effect of sugars on agar fluid gels and the stabilisation of their foams. /Ellis A.L., Mills T.B., Norton I.T., Norton-Welch A.B. // Food Hydrocolloids. 2019. - V.87. - P. 371-381.

209. Wanga M.-P. Stabilization of foam and emulsion by subcritical water-treated soy protein: Effect of aggregation state. // Wang M.-P., Chen X.-W., Guo J.,YangaJ., WangJ.-M., YangX.-Q.//Food Hydrocolloids. 2019. V.87 - P. 619628.

210. Duan X. Effect of oxidative modification on structural and foaming properties of egg white protein. / Duan X., Li M., Shao J., Chen H., Xu X., Jin Z., Liu X. // Food Hydrocolloids. 2018. - V.88. - P. 223-228.

211. Cao Y. Interfacial properties of whey protein foams as influenced by preheating and phenolic binding at neutral pH. / Cao Y., Xionga Y.L., Cao Y.,True A.D. // Food Hydrocolloids. 2018. - V. 82. - P. 379-387.

212. Kyung I., Lee S. Utilization of foam structured hydroxypropyl methylcellulose for oleogels and their application as a solid fat replacer in muffins. // Food Hydrocolloids. 2018 - V.77 - P. 796-802.

213. Singh A., Benjakul S., Kijroongrojana K. Effect of ultrasonication on physicochemical and foaming properties of squid ovary powder.//Food Hydrocolloids. 2018. - V.77. - P. 286-296.

214. Wouters A.G.B. Foaming and air-water interfacial characteristics of solutions containing both gluten hydrolysate and egg white protein./ Wouters A.G.B, Rombouts I., Fierens E., Brijs K., Blecker C., Delcour J.A., Murray B.S.// Food Hydrocolloids. 2018. - V.77. - P. 176-186.

215. Salt L.J. Intrinsic wheat lipid composition effects the interfacial and foaming properties of dough liquor. / Salt L.J., González-Thuillier I., Chope G., Penson S, Tosid P.,Haslam R.P., Skeggs P.K., Shewry P.R.,.Wildea P.J. // Food Hydrocolloids. 2018. -V. 75. - P. 211-222.

216. Schmidt J.M. Foam and emulsion properties of potato protein isolate and purified fractions./ Schmidt J.M., Damgaard H., Greve-Poulsen M., Larsen L.B., Hammershoj M.// Food Hydrocolloids. 2018. -V. 74. - P. 367-378.

217. Chen M. Foam stabilized by large casein micelle aggregates: The effect of aggregate number in foam lamella./ Chen M., Feijen S., Sala G., Meinders M.B.J., van ValenbergH.J.F., van HooijdonkA.C.M., van derLinden E.// Food Hydrocolloids. 2018 - V.74. - P. 342-348.

218. Binks B.P. Food-grade Pickering stabilisation of foams by in situ hydrophobisation of calcium carbonate particles. / Binks B.P., Muijlwijkab K., Komanb H., Poortingab A.T. // Food Hydrocolloids. 2017. - V.63. - P. 585592.

219. Huc-Mathis D. Multiscale evaluation from one bubble to the foam of surface active properties of cellulose derivatives used for a starchy model sponge cake. / Huc-Mathis D., Bousquiéres J., Mamou M., Bonazzi C., Michon C. // Food Hydrocolloids. 2017. - V.71. - P.129-140.

220. Yucel C. Edible foam based on Pickering effect of probiotic bacteria and milk proteins./ Yucel C., Xiaolu F., Marité G., Risboa C.J. // Food Hydrocolloids.2017. - V.70. - P. 211-218.

221. Dickinson E. Biopolymer-based particles as stabilizing agents for emulsions and foams. // Food Hydrocolloids. 2017. - V.68.- P. 219-231.

222. Corzo-Martíneza M. Effect of glycation and limited hydrolysis on interfacial and foaming properties of bovine P-lactoglobulin. / Corzo-Martíneza M., Moreno F.J., VillamielM., Patino J.M. R. Sánchez C.C. // Food Hydrocolloids. 2017. - V.66. - P. 16-26.

223. Chen M. Foam and thin films of hydrophilic silica particles modified by b -casein. /Chen M.,Sala G.,van Valenberg H.J.F.,van Hooijdonk A.C.M., van der Linden E., Meinders M.B.J. // J. Colloid Interface Sc. 2018. -V. 513. - P. 357366.

224. Sani A.M., Mohanty K.K. Incorporation of clay nano-particles in aqueous foams.// Colloid and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2009. -V. 340. - P.174-181.

225. Айлер Р. Химия кремнезёма. Ч. 1 — М.: Мир, 1982. — 416 с.

226. Айлер Р. Химия кремнезёма. Ч. 2.— М.: Мир, 1982. — 712 с.

227. Чуйко А.А., Горлов Ю.И. Химия поверхности кремнезема: строение поверхности, активные центры, механизмы сорбции.АН Украины. Институт химии поверхности - Киев: Наук. думка, 1992. — 248 с.

228. Чуйко А.А. (ред.) Медицинская химия и клиническое применение диоксида кремния.Киев: Наукова думка, 2003. — 417 с.

229. Чуйко А. Строение и химия поверхности кремнезема. - Киев: Наукова Думка.-2007.- 347 с.

230. Диоксид кремния Sorbosil для зубных паст, презентация фирмы PQ Corporation.- Интернет: http://bg-chemicals.ru/rus/.

231. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование свойств. - М.: Геос, 2013.- 578 с.

232. Крупин С.В., Трофимова Ф.А. Коллоидно-химические основы создания глинистых суспензий для нефтепромыслового дела.-Казань: КТГУ, 2010. - 411 с.

233. Морис П. Поверхность и межфазные границы в окружающей среде: От наноуровня к глобальному масштабу. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. - 540 с.

234. Sposito G., Prost R. Structure of water adsorbed in smectites.//Chem. Rev. 1982.- V.82.-pp.553-573.

235. Perniezsi T., Dekany I. Surface fractal and structural propertied of layered clay minerals monitored by small-angel X-ray scattering and low-temperature nitrogen adsorption experiments. // Colloid Polymer Sci. 2000. - V. 281. -P. 293-300.

236. JanekM., Lagaly G. Interaction of cationic surfactant with bentonite: a colloid chemistry study. // Colloid Polym. Sci. 2003. - V. 281.- P. 293-298.

237. Покидько Б.В. Адсорбция хлоридов алкилдиметилбензиламмония и дистеарилдиметиламмония слоистыми силикатами различных месторождений и некоторые свойства органобентонитов. / Покидько Б.В., Туторский И.А., Битт В.В, Скляревская Н.М., Журавлева П.Л. // Коллоидный журнал. 2009.-V. 71, № 6.- P. 792-797.

238. Плетнев М.Ю., Понтрягина А.В., Оржековский А.П. Пенообразование и поверхностные свойства лауроилсаркозината натрия, мягкодействующего ПАВ с натуральным имиджем. // III Всероссийский симпозиум с международным участием по поверхностно-активным веществам. С.-Пб.: СПбГУ, 2015. - С. 53-55.

239. KELTRO/KELZAN, Xanthan gum, CP Kelco Xanthan handbook, 8th edition, 2001-2008. - pp. 29.

240. Xu L. The comparison of rheological properties of aqueous welan gum and xanthan gum solutions./Xu L., Xu G., Liu T., Chen Y., Gong H //Carbohydrate Polymers. 2013. - V.92. - P.516-522.

241. Morris E.R. Ordered conformation of xanthan in solutions and "weak gels": Single helix, double helix - or both? // Food Hydrocolloids. 2019. - V. 86. - P. 18-25.

242. Плетнев M. Ю. Некоторые реологические и коллоидно-химические свойства водных растворов ксантана.// Украинский химический журнал. 1985.- Т. 51, № 9. - С. 915-919.

243. Morris E. R. Polysaccharide rheology and in mouth perception. In A. M. Stephen (Ed.). Food polysaccharides and their applications,. New York: Marcel Dekker, 1995. - pp. 517-546

244. Southwick J.G., Lee H., Jameson A.M., Blackwell J. Self-Association of xanthan in aqeous solvent-systems//Carbohydrate Research. - 1980. - Vol. 84. - Р. 287295.

245. Coviello T. Solution properties of xanthan. 1. Dynamic and static light scattering from native and modified xanthans in dilute solutions. / Coviello T., Kajiwara K., Burchard W., Dentini M., Crescenzi V. //Macromolecules. 1986. - V. 19. -P. 2826-2831.

246. Coviello T. Solution properties of xanthan. 2. Dynamic and static light scattering from semidilute solution. / Coviello T., Burchard W., Dentin M., Crescenzi V.// Macromolecules. 1987. - V. 20. -P. 1107-1112.

247. Choppe E. Rheology of xanthan solutions as a function of temperature, concentration andionic strength. / Choppe E., PuaudF., Nicolai T., Benyahia L. // Carbohydrate Polymers. 2010. - V.82. - P. 1228-1235.

248. Khan S., Yusuf M., Sardar N. Studies on Rheological Behavior of Xanthan Gum Solutions in Presence of Additives.// J. Petroleum & Petrochemical Eng. 2019. - V.2. - ISSN: 2578-4846

249. Гидроксиэтилцеллюлоза. http: //polycell.ru/10-produktsiyacat/produktsiya-neftegazovo go-kompleksa/10-sulfatsell. html

250. Физико-химические свойства Praestol 2500 (Ashland). https: //waterhim.ru/praestol

251. Carbopol® EZ-2 Polymer. http: //www.kremer-pigmente.com/media/pdf/63812e.pdf

252. Carbopol® Ultrez 20 Polymer:The new standard for high performance rheology control. http: //www.andreagallo.it/images/schedepdf/TDS/ADDENSANTE C ARBOPOL ULTREZ 20 821500 tds.pdf

253. Shlepr J., Castner J. More than rheology: multi-functional polymers with superior aesthetics in hair care applications. https://www.lubrizol.com/-/media/Lubrizol/Personal-Care/Documents/Technical-Papers-and-Posters/More-than-Rheology-Multi-functional-Polymers-with-Superior-Aesthetics-in-Hair-Care-Applications.pdf

254. Molecular Weight of Carbopol® and Pemulen® Polymers. https: //www.lubrizol. com/-/media/Lubrizol/Life-

Sciences/Documents/TDS/Molecular-Weight-of-Carbopol-and-Pemulen.pdf

255. Hawe M. Acrylic Polymers as rheology modifiers for water-based systems.In: Williams P. (ed.).Handbook of Industrial Water Soluble Polymers. Wiley-Blackwell, 2007. — 344 pp.

256. Varges P.R. Rheological Characterization of Carbopol® Dispersionsin Water and in Water/Glycerol Solutions./Varges P.R., Costa C.M., Fonseca B.S.,Naccache M.F.,de Souza Mendes P.R.// Fluids. 2019. V.4. -https://doi.org/10.3390/fluids4010003

257. IslamM.T. Rheological Characterization of Topical Carbomer Gels Neutralized to Different pH./ Islam M.T., Rodriguez-Hornedo N., Ciotti S., Ackermann Ch.// Pharmaceutical Research. 2004 - V.21. - P.1192-1199.

258. Rosen M.J. Surfactants and Interfacial Phenomena. 3rd edn. - New York: John Wiley, 2004. - 455 pp.

259. Плетнев М.Ю. Мицеллообразование и специфические взаимодействия в водных растворах смесей ПАВ // Успехи коллоидной химии./ Под ред. А.И. Русанова. - СПб: Химия. - С. 60-82.

260. Holland P.M., Rubingh D.N. Nonideal multicomponent mixed micelle model. // J. Phys. Chem. 1983. - V. 87. - P. 1984-1190.

261. Градус Л.Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии. - М.: Химия, 1979. - 232 с.

262. Vrij A., Overbeek J.Th.G. Rupture of thin liquid films due to spontaneous fluctuations in thickness. J. Am. Chem. Soc. 1968. - V. 90.- P. 3074-3078.

263. Kralchevsky, P.A., Danov K.D., Anachkov S.E. Depletion forces in thin liquid films due to nonionic and ionic surfactant micelles.// Curr. Opinion Colloid & Interface Sci. 2015. - V. 20. - P. 11-18.

264. Saravanan L., Subramanian S. Surface chemical properties and selective flocculation studies on alumina and silica suspensions in the presence of xanthan gum. // Minerals Engineering. 2016. - V. 98. - P. 213-222.

265. Апекова Ф.В. Стабильность и реология суспензий бентонита в присутствии полимеров, устойчивых в минерализованных средах. Маг. дисс. - М.: МИТХТ - РТУ, 2018.

266. Dontsova K.M., Bigham J.M. Anionic polysaccharide sorption by clay mineral. // Soil Sci. Soc. Amer. J. 2005. - V. 69. - P. 1026-1035.

267. Ciullo P.A. Rheological properties of magnesium aluminium silicate/xanthan gum dispersion. // J. Soc. Cosmet. Chem. 1981. - V. 32. - 275-285.

268. Benchabane A., Bekkour K. Effects of anionic additives on the rheological behavior of calcium montmorillonite suspensions. // Rheol Acta. 2006. - V. 45. - P. 425-434.

269. Benyounes K., Mellak A., Benchabane A. The effect of carboxymethyl-cellulose and xanthan on the rheology of bentonite suspensions. // Energ. Source Part A. 2010. - V. 32. - P. 1634-1643.

270. McLauchlin A.R., Thomas N.L. Preparation and characterization of organoclays based on an amphoteric surfactant. J. Colloid Interface Sci. 2008.- V.321.-P. 39-43.

271. Lopez-Diaz D., Garcia-Mateos I., Velazquez M.M. Synergism in mixtures of zwitterionic and ionic surfactants.// Colloid Surface A: Phys.-Chem. Eng. Asp. 2005. - V.270. - P.153-162.

272. Rosen M.J., Zhu Z.H. Synergism in binary mixtures of surfactants. 7. Synergism in foaming and its relation to other types of synergism. // J. Am. Oil Chem. Soc. 1988. - V. 65. - P.663-667.

273. Chemistry and Technology of Surfactants. / Ed. by R.J. Farn. - Oxford (UK): Blackwell Publishing, 2006. - P. 113, 117.

274. Русанов А.И. Мицеллообразование в водных растворах поверхностно-активных веществ. СПб.: Химия, -1992. - 280 с.

Приложение 1

XIX International Scientific-Practical Conference

COSMETIC INDUSTRY: ENVISION THE FUTURE

20-21 октября, 2014 October 20-23.2014

XIX Международная научно-практическая конференция КОСМЕТИЧЕСКАЯ ИНДУСТРИЯ: ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ

Диплом за 2-е место в конкурсе молодых ученых на XIX Международной научно-практической конференции «Косметическая индустрия: взгляд в будущее», 20-23 октября 2014 г., РАНХиГС, Москва.

Тема доклада: «Пены и эмульсии, стабилизированные частицами бентонитовой глины» (авторы: О.А. Сацкевич, В.С. Ерасов, Е.В. Еськова, Б.В. Покидько, М.Ю.Плетнев).

Приложение 2

Лабораторная работа по курсу «Технология коллоидов и наносистем» Исследование дисперсности и устойчивости пен Цель работы

1. Определить кратность и дисперсность пены в зависимости от способа ее получения или от состава пенообразующего раствора.

2. Исследовать устойчивость пены в зависимости от времени.

3. На основании анализа полученных данных сформулировать выводы о преимущественных механизмах разрушения пены.

3.1. Теоретическая часть

Пены представляют собой лиофобные грубодисперсные системы с жидкой или

и и и и и и и

твердой дисперсионной средой и высокой концентрацией газовой дисперсной фазы. Чистые жидкости не образуют пены, а механически образованная газовая эмульсия в отсутствие стабилизатора (функцию которого обычно выполняет ПАВ) очень быстро разрушается. В процессе отверждения твердые вещества (например, наполненный газом расплав металла при быстром охлаждении), золи или суспензии (вспененный полимерный латекс, пенополистирол, пенобетон или вспененная керамическая масса) могут давать твердые пены или пенообразные губчатые структуры с открытой или закрытой системой пор. Пемза может служить типичным примером вспененного природного материала вулканического происхождения. На фото рис. 1 даны примеры пен и некоторых вспененных материалов.

Пенообразование более всего характерно для водных растворов ПАВ. При этом могут получаться пены, «живущие» от нескольких секунд до минут (как, например, в газированном прохладительном напитке) и от нескольких часов и даже суток (пример: стойкая огнетушащая пена с высокой изолирующей способностью). В момент выделения из жидкой среды растворенного газа кратковременно может существовать газовая эмульсия. Она быстро претерпевает расслоение, а газовые пузырьки объединяются (коалесцируют) в более крупные пузыри, которые, в свою очередь, всплывают и лопаются на поверхности жидкости. В чистых жидкостях адсорбционные слои, оказывающие стабилизирующий эффект на пенные пленки, отсутствуют, а потому они не дают пены. Само наличие пенообразования является индикацией загрязненности воды природных источников какими-то поверхностно-активными примесями.

Как и прочие дисперсные системы, пены получают конденсационным методом или диспергированием газа в жидкой среде, часто в присутствии ПАВ-пенообразователя [7-5]. Конденсационные методы получения пен подразделяют на химические и физические. В первом случае газовыделение в жидкости происходит в результате химической реакции (пример: термическое разложение бикарбоната аммония, используемого в качестве разрыхлителя теста); во втором - газ выделяется вследствие утраты растворимости в жидкости, например, при повышении температуры или сбросе давления (как в газированных напитках и шампанском). При диспергировании (в результате падения струи, при встряхивании раствора ПАВ в мерном цилиндре, при перемешивании, взбивании перфорированным диском,

барботировании воздуха и т.п.) газ механически вовлекается в жидкость. Известны и другие способы образования пены, например, инжекционные, как в пенообразующем диспенсере (см. фото 3 на рис. 2) или в лафетном стволе противопожарного автомобиля.

Рис. 1. Фотографии: 1 - пены моющего средства; 2 - высокократной пены,

и Л и и и и

используемой в пожаротушении; 3 - стойкой низкократной пены, содержащей ПАВ, полисахарид ксантан и бентонит; 4 - нестойкой пивной пены; 5 - твердой пены (вспененный алюминий и батон хлеба); 6 - пены мусса для укладки волос.

Пену характеризуют безразмерным показателем кратности К, т.е. отношением объема пены к объему содержащейся в ней жидкости. Плотность пены рп (г/см3) обратно пропорциональна кратности и связана с ней соотношением К ~ 1/рп., если плотность жидкости близка к единице. Различают низкократные пены (К от 2 до 10), пены средней (К ~ 10-100) и высокой кратности (К > 100). В низкократной пене пузырьки газа примерно сферичны, но, по мере стекания (синерезиса) жидкости под действием силы тяжести, они приходят в соприкосновение друг с другом, стенки уплощаются, и образуются плоские пенные пленки, что иллюстрирует рис. 3.3. Очень сухие высокократные пены не стекают, а, наоборот, способны всасывать в себя жидкость по соединяющим пленки вогнутым треугольным каналам Плато за счет действия капиллярных сил.

Стабильность толстых пенных пленок прямо связана с вязкоупругими свойствами адсорбционных слоев ПАВ. Вытекание жидкости в пленках происходит под действием силы тяжести и в радиальном направлении, т.к. капиллярное давление в вогнутых треугольных каналах (каналах Плато, соединяющих пленки и показанных на рис. 3) ниже, чем в пленках. Пленки сходятся в каналах под углом ~120°, а четыре канала - в узлы (ноды) под углом ок. 109°. При этом основная масса ячеек «сухой» пены имеет форму искаженного пентагонального додекаэдра.

Рис. 2. Способы получения и тестирования пены: 1 - современный прибор для оценки качества пены методом свободно падающей струи (метод Росса-Майлса);

2 - испытание пенообразования методом встряхивания в градуированных цилиндрах; 3 - заполнение пеной кюветы с помощью самовспенивающего диспенсера; 4 - взбивание пены в лопастном миксере типа «Воронеж-2».

Неравномерная по толщине стекающая двусторонняя пленка обычно имеют радужную окраску (см. рис. 4). Если она не лопается ранее, то в процессе стекания переходит в не видимую глазом очень тонкую «черную» пленку. Такую пленку можно отчетливо видеть на 4-6-м фото (рис. 4). В поперечном сечении черная пленка состоит из плотно упакованных сольватированных адсорбционных слоев ПАВ, которые обеспечивают отталкивательное взаимодействие (расклинивающее давление по Б.В. Дерягину) и разделены тонкой прослойкой дисперсионной среды. Дальнейшее утончение прекращается, и черная пенная пленка, в отсутствие испарения, вибрации и других возмущающих внешних воздействий, переходит в метастабильное состояние при толщине ~10 нм и менее.

В пене средней кратности основная часть жидкости стекает по каналам Плато под действием силы тяжести. Очень сухая высокократная пена может вовсе не стекать, а, наоборот, всасывать в себя жидкость за счет действия капиллярных сил. Скорость стекания зависит от вязкости жидкости, а также от структурообразования в каналах и пенных пленках. Как и в случае эмульсий, монодисперсность (и, следовательно, одинаковое давление газа в смежных пузырьках) является предпосылкой для создания устойчивой пены. Тем не менее, даже если пленки не рвутся, пена сокращается в объеме, вследствие диффузии газа в атмосферу из пузырьков верхнего слоя. Далее пленки пены лопаются или, в случае устойчивости, переходят в перреновские, продолжая утоньшаться вплоть до разрыва.

Рис. 3. Строение стекающей пены и ее элементов [4]: (а) в нижней части столба пена с высоким содержанием жидкости, а форма пузырьков близка к сферической; в верхней части столба - пена «сухая», а форма пузырьков - полиэдрическая;

(с), (е) - структурные элементы пены: границы (каналы) Плато и пенные пленки.

Draining Foam Films

http: 'ptcl.chem.ox.ac.uk -rkt tutorials/tutimages foam.jpg

Рис. 4. Изменение окраски пенной пленки, образованной путем погружения стеклянной рамки в раствор пенообразующего ПАВ, в процессе стекания 1 ^ 6. Начиная с 4-го фото наблюдается формирование черной (перреновской) пленки, толщина которой может составлять порядка 100 нм и менее.

Реологическое поведение, прочностные, оптические, термо-, электро- и звукоизоляционные характеристики пен сильно зависят от их состава, кратности и дисперсности. Пены имеют существенное значение как средства пожаротушения,

изоляции и пылеподавления. Они широко применяются в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и медицинской промышленности, в косметических, моющих и дезинфицирующих средствах, пенной флотации, бурении, гидроразрыве пласта, очистке газовых и газоконденсатных скважин. Разнообразное применение находят отвержденные пены - пенопласты, пенобетон, пеногипс, пенокерамика, вспененные металлы и прочие материалы (см. рис. 1). Избыточное пенообразование природных и сточных вод обычно служит индикатором их загрязненности.

В ряде процессов, таких как машинная стирка, струйная очистка, окрашивание поверхностей, производство бумаги и упаривание пищевых продуктов, образование пены является нежелательным явлением, и тогда для ее подавления, предотвращения образования используют добавки пеногасителей и антивспенивателей. Добавление пеногасителей широко практикуют в различных биотехнологических процессах, что позволяет избегать потерь и более эффективно использовать объем аппаратов-ферментеров. В качестве антивспенивателей и пеногасителей применяют дисперсии кремнийорганических жидкостей и углеводородов, композиции которых часто усилены добавкой твердых дисперсий, например, коллоидального кремнезема [7, 4-6]. Моющие составы с пониженным пенообразованием обычно включают специальные неионогенные ПАВ, неспособные формировать плотные адсорбционные слои. Разрушение нежелательной пены возможно также перегретым паром, механическим, ультразвуковым воздействием и другими способами.

Дисперсный состав пены - одна из важнейших характеристик, которая определяет многие свойства и протекающие в ней процессы, в частности, коалесценцию, диффузионный перенос газа и гравитационный синерезис. Для понимания этих процессов важны данные о характере распределения пузырьков и кинетике изменения дисперсности пены. Одним из прямых методов дисперсионного анализа является микроскопическое исследование пен. Границы размеров частиц, доступных для исследования оптическим микроскопом, определяются его разрешающей способностью и лежат в диапазоне от 10-3 до 10-7 м. Пенные пузырьки с узким, мономодальным диапазоном размеров описываются нормальным законом распределения, а полидисперсные - более сложными зависимостями.

По результатам дисперсионного анализа пены, помимо распределения по размерам, можно вычислить удельную поверхность и капиллярной давление в пенных пузырьках, а также сделать некоторые выводы, в частности, касающиеся устойчивости пены к коалесценции и Оствальдову созреванию. Дисперсионным анализом определяют следующие параметры.

• Средний диаметр пузырька:

d = nidi/Ni ,

где п - число пузырьков в ;'-м интервале (фракции), di - средний диаметр в том же интервале, N - общее число пузырьков.

• Степень полидисперсности а = Sкв/d (если а < 0,15, то система считается близкой к монодисперсной [6]). Здесь среднее квадратичное отклонение диаметров пузырьков от среднего диаметра, рассчитываемое по формуле:

= [п ^ - <^2/^1/2,

где п - число пузырьков в ;-м интервале, ^ - средний диаметр в ;-ом интервале, N -общее число пузырьков.

• Объем сферических пузырьков в размерном интервале (фракции) и общий объем пузырьков, соответственно:

У& = 4/3 п (^/2)3 и У= 4/3 п (¿/2)3.

• Численная доля интервала (фракции) частиц, %: N = т 100/п, где т - число пузырьков /-й фракции, п - общее число пузырьков.

• Объемная доля интервала (фракции) частиц, %: У = У/г / 100 / У.

• Удельная поверхность пены (при допущении сферической формы частиц):

8уд = б/ф.

• Капиллярное давление в пузырьке: Р ~ 2/3 о £уд (уравнение Дерягина), где о -поверхностное натяжение раствора, мН/м.

• Преобладающий механизм разрушения пены оценивается путем обработки полученных данных по уравнению Лифшица-Слезова-Вагнера:

где w - скорость Оствальдова созревания, м3/с; г - радиус пузырька (в случае отсутствия коалесценции с его соседями) или средний радиус пузырьков, м, ко времени t, с; cx,- растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде, г/л; D - молекулярный коэффициент диффузии газа в жидкой среде, м2/с; а -поверхностное натяжение, Н/м; Ум - молярный объем газа, л/моль; р - плотность, кг/м3 ; Я - универсальная газовая постоянная Дж- моль/К ; Т - температура, К.

Рис. 5. Обобщенный вид зависимостей куба среднего радиуса пузырьков от времени, из которых можно судить об устойчивости и преобладающих механизмах разрушения пены: 1 - пена обладает небольшой устойчивостью и подвержена коалесценции; 2 - на начальном временном отрезке преобладающим механизмом разрушения является Оствальдово созревание с последующим переходом к коалесценции; 3 - пена устойчива к коалесценции, но подвержена Оствальдову созреванию; 4 - высокоустойчивая пена, постепенно разрушающаяся по механизму Оствальдова созревания.

Согласно этому уравнению, в случае преобладания в разрушении дисперсной системы Оствальдова созревания (диффузионного переноса газа из мелких пенных пузырьков в крупные) должна наблюдаться зависимость г3 = /(I), близкая к линейной (см. кривые 3 и 4 на рис. 5). Но если преобладающим механизмом разрушения является коалесценция пузырьков, а пена быстро разрушается, то эта зависимость

может быть близка к экспоненциальной (кривая 1). Возможен промежуточный вариант (кривая 2, рис. 5), когда на определенном этапе жизни пены начинает преобладать коалесценция.

2. Экспериментальная часть

2.1. Используемое оборудование и вещества

• Весы технические с точностью до 1 мг - для взвешивания навески ПАВ.

• Нажимной самовспенивающийся диспенсер или портативный миксер (со стаканом);

• Оптический иБ.В-микроскоп;

• Компьютер;

• Тензиометр;

• Секундомер;

• Ультразвуковая ванна;

• Водяная баня;

• Колбы мерные стеклянные вместимостью 50 мл для приготовления пенообразующих растворов - 3 шт. ;

• Бюкс;

• Шпатель или ложечка;

• Кювета с предметным стеклышком;

• Предметный столик и штатив;

• Металлическая шкала;

• Пипетка 10 мл, с грушей;

• Пенообразующее ПАВ (лаурилсульфат натрия) или смесь ПАВ;

• Неорганическая соль (хлорид натрия);

• Высокомолекулярное вещество (по указанию преподавателя).

2.2. Порядок выполнения работы

2.2.1. Приготовление растворов и определение их поверхностного натяжения на границе с воздухом.

Готовят исходный раствор ПАВ или смеси ПАВ (вещества и их концентрации задаются преподавателем). Для лучшего растворения используют водяную баню. Определяют поверхностное натяжение раствора тензиометрическим методом.

Вариант 1. Влияние добавки электролита на устойчивость пены.

Готовят раствор ПАВ или смеси ПАВ (см. выше) и добавляют в него 1% твердого хлорида натрия. Определяют поверхностное натяжение раствора тензиометрическим методом.

Вариант 2. Влияние добавки высокомолекулярного соединения на устойчивость пены.

Готовят раствор ПАВ (или смеси ПАВ) и определяют его поверхностное натяжение. Добавляют в раствор 0,1% высокомолекулярного соединения (вещество задается преподавателем). Для лучшего растворения используют водяную баню и ультразвуковую ванну. Определяют поверхностное натяжение раствора

тензиометрическим методом (в случае, если данное ВМС обладает поверхностной активностью).

2.2.2. Получение пены

Пену получают по одному из двух методов: с помощью самовспенивающегося нажимного диспенсера, используемого для доставки косметических и моющее-гигиенических средств или с помощью погружного портативного миксера (рис. 6). Первый способ позволяет получать более однородную пену. Относительные погрешности данных методов, составляют, соответственно, 5% и 1,6 %. Также преимуществом метода получения с помощью диспенсера является возможность моментального заполнения получаемой пеной кюветы или бюкса без ее переноса из стакана после взбивания.

Рис 6. а, б. Получение пены при помощи : а - нажимного самовспенивающегося диспенсера; б - портативного миксера. процесс взбивания при помощи миксера.

Для получения пены при помощи диспенсера раствор переливают в диспенсер. Пену получают путем нажима на диспенсер.

Для получения пены при помощи миксера отбирают в стакан по 10 мл раствора и взбивают на максимальной скорости вращения венчика в течение 1 мин.

2.2.2. Определение кратности пены

Полученной пеной заполняют бюкс и взвешивают его. Также взвешивают пустой бюкс и, для определения емкости бюкса, полностью наполненный водой. При допущении, что плотность раствора равна плотности воды, за объем пены принимают ёмкость бюкса, а объем жидкости считается приближенно равным массе взвешенной пены:

К = Уп/Уж~ (ТП1- Шб)/(Ш2- шб),

где Уп - объем пены, Уж - объем жидкости в пене, т1 - масса бюкса с водой, т2 -масса бюкса с пеной, тб- масса пустого бюкса.

2.2.3. Получение фотографий пены методом микроскопии

Последовательность действий такова. • Подключить оптический микроскоп через и8Б-порт к компьютеру.

• На компьютере запустить программу, прилагаемую производителем к микроскопу, например, eScope (далее приведены названия пунктов меню для этой программы, но аналогичные пункты имеются и в других программах, прилагаемых к USB-микроскопам).

• Выбрать папку для сохранения изображений (в eScope пункт меню File > Select saving folder).

• Получить пену одним из указанных выше способов.

• Не выключая секундомер, наполнить кювету пеной, используя диспенсер (как показано на рис. 6, а) или шпатель, если пена получена иным методом.

• Накрыть кювету предметным стеклом и на фиксированном расстоянии поместить ее на предметный столик перед объективом микроскопа.

• Сфокусировать микроскоп и, добившись четкости изображения пены, сохранить изображение пены для времени 2 минуты, кликнув соответствующий пункт меню (в eScope пункт меню Capture/Photo или клавиша F4). Аналогично получить фотографии пен при временах жизни 5, 10, 15 и 20 минут. В промежутках между фотографированием рекомендуется отключать подсветку микроскопа во избежание ускоренного разрушения пены за счет нагревания кюветы от лампы микроскопа. Коротко живущую пену следует снимать в видеорежиме. Если увеличение микроскопа точно не известно, на предметный столик перед штативом помещают металлическую шкалу с делениями и получают ее фотографию.

• После окончания съемки выделившуюся в результате синерезиса пены жидкость сливают в бюкс и взвешивают.

2.2.4. Обработка полученных фотографий пены

• Каждую фотографию пены с известным временем жизни, открыть в любом графическом редакторе. Средствами графического редактора улучшить качество изображения. Из изображения (с сохранением масштаба, полученного при съемке), вырезать в произвольно выбранном месте квадрат размером 7 х 7 см и сохранить его как отдельный файл с соответствующим значащим именем.

• Площадь выбранного квадрата с учетом увеличения микроскопа занести в табл. 1 в строку «Площадь участка, выбранного в поле микроскопа S, мм2».

• После получения всех серий фотографий открыть файл Bubble, созданный в Microsoft Visual Basic 6 (рис. 7, а, см. примечание ниже).

• При необходимости в поле для указания масштаба ввести тот масштаб, который был найден при фотографировании изображения шкалы.

• В поле «Поверхностное натяжение» ввести значение поверхностного натяжения соответствующего раствора (оно необходимо для расчета значений капиллярного давления в пузырьке).

• Выбрать файл с подготовленной фотографией пены.

• Нажать «Ок». В открывшемся поле с фотографией отметить каждый пузырек щелчком с двух диаметрально противоположных сторон (рис. 7, б).

• По окончании процедуры вверху экрана кликнуть «Start». Записать выведенные в виде таблицы данные (рис 7, в) и закрыть приложение.

• Таким образом, следует выполнить анализ всех фотографий пены, соответствующих временам ее жизни 2, 5, 10, 15 и 20 минут, соответственно.

PeiynkidiM дисперсионного ¿налим

чиело частых

|5Г

¡М*с d J742.7 |Hwt d

т

09.1

Смпм ИИрамм