пена

Жидкая пена
Гексагональный порядок и хаос в одной пене
Твердая пена: пемза

Пена (от средневерхненемецкого Schum от латинского spuma ) состоит из газообразных пузырьков , окруженных твердыми или жидких стенками. Пена, используемая для тушения пожара, называется пеной для тушения пожара . Образование пены называется вспениванием .

Стены из жидкой пены

Жидкая пена состоит из небольших пузырьков газа, разделенных жидкими стенками, образованными поверхностно-активными веществами и в основном водой. Поверхностно-активные вещества имеют два разных по структуре конца. Один конец гидрофильный , что означает «водолюбивый». На следующих рисунках эти концы отмечены знаком минус или красной точкой. Другой конец - гидрофобный (водоотталкивающий) или липофильный (жиросодержащий).

Эта структура делает молекулы поверхностно-активными, т.е. то есть они стараются устроиться так, чтобы гидрофобная часть не контактировала с водой. Это можно сделать тремя основными способами:


(1) Молекулы накапливаются на границе раздела воды и воздуха и снижают поверхностное натяжение воды.	(2) Молекулы группируются вместе, образуют мицеллы и, таким образом, «растворяются» в воде.	(3) Если жидкость образует тонкую пленку, молекулы накапливаются в двух плоских слоях. Гидрофильные концы выступают в раствор, как показано на рис. (1).

Поверхностно-активные вещества накапливаются на границе раздела воды и воздуха. Таким образом вы понижаете межфазное натяжение . В случае области между жидкой и газовой фазами межфазное натяжение известно как поверхностное натяжение .
Поверхностно-активные вещества обычно могут «растворяться» в воде путем агломерации и образования небольших шариков. Гидрофобные концы обращены к центру. Образуются так называемые мицеллы . Это означает, что поверхностно-активные вещества доступны «в резерве», чтобы заполнить новую поверхность молекулами при увеличении границ раздела.
С поверхностно-активными веществами легче образовываться водная пленка с двумя поверхностными слоями. Фильм з. Б. перед мыльным пузырем . Здесь также гидрофильные концы выступают в водную фазу.

Снижение поверхностного натяжения водной фазы за счет накопления поверхностно-активных веществ на границе раздела вода / воздух означает, что воздух может быть введен в такой раствор взбиванием, продувкой или аналогичными методами, и пузырьки воздуха, образующиеся таким образом, частично стабилизируются за счет образования поверхностного слоя. может без быстрого слипания . Таким образом, пена представляет собой воздушную дисперсию в растворе, содержащем поверхностно-активное вещество, с трехмерной сеткой жидких ламелей, окружающих воздух в виде непрерывной фазы, образуя таким образом многогранники . Именно поэтому такой пенопласт также называется многогранник пены .


Образование пены за счет введенного воздуха. Сферические пузыри образуются, когда между ними и другими пузырями достаточно места . Если пузырьки подходят достаточно близко, они образуют общие, почти плоские контактные поверхности (образование многогранников ).	Пена на поверхности сканера . Здесь видно образование многогранника внутри пены. (См. Также здесь и правила Плато .)	Формирование пенного пузыря , « мыльного пузыря ». Даже в водной пленке (межламеллярной жидкости) остаются «растворенные» ПАВ.

В зависимости от структурных и электростатических свойств поверхностно-активных молекул создаются пузырьки пены с разными размерами, толщиной стенок и сроками службы. В принципе, срок службы жидкой пены ограничен. С термодинамической точки зрения пены являются метастабильными системами, поскольку вся система будет стремиться уменьшить очень большую поверхность раздела вода / воздух до минимального значения. Под действием силы тяжести межламеллярная жидкость медленно стекает между пузырьками пены. Стена становится все тоньше и тоньше в верхней части, пока не порвется там.

Ингибиторы пенообразования и пеногасители ускоряют разрушение пены. С другой стороны, эффект Марангони помогает стабилизировать пену в динамических условиях.

Помимо описанных выше многогранниковых пен , которые образуются только в присутствии поверхностно-активных веществ, существуют также сферические пенопласты . Они состоят из независимых пузырьков, которые при соприкосновении могут соединяться друг с другом. Срок службы этих пен зависит от вязкости ( вязкости ) жидкости. В жидкостях с низкой вязкостью, таких как вода, пена распадается за секунды. (Пример: открытие бутылки с минеральной водой, содержащей CO ₂ ).

Проблемы с жидкой пеной

Образование пены в жидкостях часто вызывает проблемы на технологических установках, поскольку пена проникает в те участки установки, куда жидкость не должна попасть. Это, например , в отгонку из растворителей в производстве синтетических смол , случая , в котором настоящее газообразные причинах растворителей вспенивания смолы. Сюда обычно добавляют пеногасители .

Двумерная пена

В качестве двумерной пены называется Polyederschäume , где многогранник только являются смежными. Для этого пену сжимают между двумя стеклянными пластинами, поэтому размер пузырей ограничен двумя размерами. Расстояние между пластинами должно быть меньше диаметра самого маленького пузыря. Поскольку пузырьков нет друг на друге, можно легко наблюдать двухмерную пену.

Ячейки из пенопласта с количеством углов

Ламель проходит прямо между двумя соседними ячейками с одинаковым количеством углов. Если две соседние ячейки имеют разное количество углов, ламель между ними изгибается в направлении ячейки с большим количеством углов. Следовательно, в камерах с большим количеством углов давление воздуха ниже . Закон фон Неймана описывает, как размер ячеек пены изменяется со временем.

Массивные стены из пенопласта

Твердая пена состоит из небольших пузырьков газа, разделенных твердыми (т.е. нежидкими) стенками. К ним относятся как упруго деформируемые губки, такие как губка для посуды , так и только пластически деформируемые «твердые» пены, такие как жесткий пенопласт .

Примеры:

Пемза , пористая стекловидная вулканическая порода, удельный вес которой меньше веса воды.
Пена , поролон , полистирол в качестве изоляционного и упаковочного материала
Монтажная пена для сборки в строительстве (например, окна, двери)
Панели из жесткого пенопласта для теплоизоляции в строительстве и в качестве перегородки при строительстве выставок.
Пена на месте
Пеностекло
Аэрогели
Металлические пены , такие как Б. Алюминиевая пена для высокопрочных, но легких металлических конструкций.
Пенобетон
Сэндвич-пенопласт для волокнистых композиционных материалов (например, жесткий пенопласт ПВХ)
Воздушный шоколад