ПЕ́НЫ

ПЕ́НЫ, гру­бо­дис­перс­ные сис­те­мы с жид­кой или твёр­дой дис­пер­си­он­ной сре­дой и вы­со­кой (бо­лее 70% по объ­ё­му) кон­цен­тра­ци­ей га­зо­вой дис­перс­ной фа­зы. Об­ра­зо­ва­ние П. наи­бо­лее ха­рак­тер­но для рас­тво­ров по­верх­но­ст­но-ак­тив­ных ве­ществ, при этом мо­гут по­лу­чать­ся П. с разл. ста­биль­но­стью – от не­сколь­ких се­кунд до не­сколь­ких ча­сов или да­же су­ток. Чис­тые жид­ко­сти с низ­кой вяз­ко­стью не об­ра­зу­ют П., твёр­дые ве­ще­ст­ва (ме­тал­лы, по­ли­ме­ры, ке­ра­ми­ка и т. п.) мо­гут да­вать П. или пе­но­об­раз­ные по­рис­тые струк­ту­ры при ох­ла­ж­де­нии и/или от­вер­жде­нии. В мо­мент вы­де­ле­ния га­за из жид­ко­сти (ес­ли не про­ис­хо­дит бы­строе от­вер­жде­ние дис­пер­си­он­ной сре­ды) крат­ко­вре­мен­но мо­жет су­ще­ст­во­вать раз­бав­лен­ная дис­пер­сия га­за в жид­ко­сти – га­зо­вая эмуль­сия, ко­то­рая пре­тер­пе­ва­ет рас­слое­ние, а га­зо­вые пу­зырь­ки объ­е­ди­ня­ют­ся в бо­лее круп­ные (коа­лес­цен­ция). При всплы­ва­нии пу­зырь­ков об­ра­зу­ет­ся слой П. – со­во­куп­ность за­пол­нен­ных га­зом яче­ек, раз­де­лён­ных плён­ка­ми жид­ко­сти (пен­ны­ми плён­ка­ми).

П. по­лу­ча­ют дис­пер­ги­ро­ва­ни­ем га­за в жид­ко­сти или кон­ден­са­ци­ей об­ра­зую­щей­ся га­зо­вой фа­зы в объ­ё­ме жид­ко­сти. При дис­пер­ги­ро­ва­нии (па­де­нии струи, пе­ре­ме­ши­ва­нии, бар­бо­ти­ро­ва­нии и т. п.) газ ме­ха­ни­че­ски во­вле­ка­ет­ся в жид­кость. Кон­ден­са­ци­он­ные ме­то­ды по­лу­че­ния П. под­раз­де­ля­ют на хи­ми­че­ские и фи­зи­ческие. В пер­вом слу­чае га­зо­вы­де­ле­ние в жид­ко­сти про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те хи­мич. ре­ак­ции (при­мер: тер­мич. раз­ло­же­ние би­кар­бо­на­та ам­мо­ния, ис­поль­зуе­мо­го в ка­че­ст­ве раз­рых­ли­те­ля тес­та); во вто­ром – газ вы­де­ля­ет­ся вслед­ст­вие по­ни­же­ния рас­тво­ри­мо­сти в жид­ко­сти (напр., при по­вы­ше­нии темп-ры или сбро­се дав­ле­ния).

Ха­рак­те­ри­сти­кой кон­цен­тра­ции П. слу­жит по­ка­за­тель крат­но­сти К – от­но­ше­ние объ­ё­ма П. к объ­ё­му со­дер­жа­щей­ся в ней жид­ко­сти. Раз­ли­ча­ют П. низ­кой (К<10), сред­ней (К≈10–100) и вы­со­кой (К>100) крат­но­сти. В низ­ко­крат­ных П. фор­ма пу­зырь­ков га­за близ­ка к сфе­ри­че­ской, но по ме­ре сте­ка­ния жид­ко­сти (си­не­ре­зи­са) под дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти пу­зырь­ки при­хо­дят в со­при­кос­но­ве­ние друг с дру­гом, их стен­ки уп­ло­ща­ют­ся, об­ра­зуя пло­ские пен­ные плён­ки. Ста­биль­ность пен­ных плё­нок свя­за­на с вяз­ко­уп­ру­ги­ми свой­ст­ва­ми ад­сорб­ци­он­ных сло­ёв. Бельг. фи­зик Ж. Пла­то по­ка­зал, что три пло­ские пен­ные плён­ки схо­дят­ся в во­гну­тый, с тре­уголь­ным се­че­ни­ем ка­нал под уг­лом ок. 120° (т. н. ка­на­лы Гиб­бса – Пла­то), че­ты­ре ка­на­ла – в узел под уг­лом ок. 109°. По еди­ной сис­те­ме ка­на­лов и уз­лов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пе­ре­нос жид­ко­сти в П. Вы­те­ка­ние жид­ко­сти в пен­ных плён­ках про­ис­хо­дит в ра­ди­аль­ном на­прав­ле­нии, т. к. ка­пил­ляр­ное дав­ле­ние в ка­на­лах ни­же, чем в ячей­ках П. Боль­шин­ст­во яче­ек «су­хой» (с очень ма­лым со­дер­жа­ни­ем жид­кой фа­зы) мо­но­дис­перс­ной П. име­ет фор­му ис­ка­жён­но­го пен­та­го­наль­но­го до­де­ка­эд­ра. Не­рав­но­мер­ные по тол­щи­не сте­каю­щие пен­ные плён­ки обыч­но име­ют ра­дуж­ную ок­ра­ску (рис.). В П. сред­ней крат­но­сти б. ч. жид­ко­сти сте­ка­ет по ка­на­лам под дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти. Очень су­хая П. вы­со­кой крат­но­сти мо­жет во­все не сте­кать, а, на­обо­рот, вса­сы­вать в се­бя жид­кость. Ско­рость сте­ка­ния за­ви­сит от вяз­ко­сти жид­ко­сти, а так­же от струк­ту­ро­об­ра­зо­ва­ния в ка­на­лах и пен­ных плён­ках.

Мо­но­дис­перс­ность (и, сле­до­ва­тель­но, оди­на­ко­вое дав­ле­ние га­за в смеж­ных пу­зырь­ках) яв­ля­ет­ся пред­по­сыл­кой для вы­со­кой ус­той­чи­во­сти П. Тем не ме­нее да­же ес­ли плён­ки не рвут­ся, П. со­кра­ща­ют­ся в объ­ё­ме вслед­ст­вие диф­фу­зии га­за или (при дос­та­точ­ной ус­той­чи­во­сти) про­дол­жа­ют сте­кать вплоть до раз­ры­ва ли­бо об­ра­зо­ва­ния слои­стых чёр­ных (пер­ре­нов­ских) плё­нок. В по­пе­реч­ном се­чении чёр­ная плён­ка со­сто­ит из плот­но упа­ко­ван­ных соль­ва­ти­ро­ван­ных ад­сорб­ци­он­ных сло­ёв ПАВ, ко­то­рые раз­де­ле­ны тон­чай­шей про­слой­кой дис­пер­си­он­ной сре­ды и обес­пе­чи­ва­ют в плён­ке рас­кли­ни­ваю­щее дав­ле­ние. Даль­ней­шее утон­че­ние пре­кра­ща­ет­ся, и чёр­ная пен­ная плён­ка при от­сут­ст­вии ис­па­ре­ния, виб­ра­ции и др. воз­му­щаю­щих воз­дей­ст­вий пе­ре­хо­дит в ме­та­ста­биль­ное со­стоя­ние; её тол­щи­на мо­жет со­став­лять ме­нее 20 нм.

Рео­ло­гич. по­ве­де­ние, проч­но­ст­ные, оп­тич., тер­мо- и элек­тро­изо­ляц. свой­ст­ва П. силь­но за­ви­сят от их со­ста­ва, крат­но­сти и дис­перс­но­сти. П. ис­поль­зу­ют­ся как сред­ст­ва по­жа­ро­ту­ше­ния, пы­ле­по­дав­ле­ния, изо­ля­ции, при­ме­ня­ют­ся в пи­ще­вой пром-сти, об­ра­бот­ке по­лей, пен­ной фло­та­ции, бу­ре­нии, очи­ст­ке га­зо­кон­ден­сат­ных сква­жин, вхо­дят в со­став кос­ме­тич., мою­щих и де­зин­фи­ци­рую­щих средств. Раз­но­об­раз­ное при­ме­не­ние на­хо­дят от­вер­ждён­ные П. – пе­но­пла­сты, пе­но­бе­то­ны, пе­но­ке­ра­ми­ка, пе­но­ме­тал­лы и пр. вспе­нен­ные ма­те­риа­лы. Из­бы­точ­ное пе­но­об­ра­зо­ва­ние сточ­ных и при­род­ных вод слу­жит ин­ди­ка­то­ром их за­гряз­не­ния.

В ря­де про­цес­сов, та­ких как ма­шин­ная стир­ка, струй­ная очи­ст­ка, ок­ра­ши­ва­ние по­верх­но­стей, про­из-во бу­ма­ги, упа­ри­ва­ние пи­ще­вых про­дук­тов, об­ра­зо­ва­ние П. не­же­ла­тель­но, и для его по­дав­ле­ния ис­поль­зу­ют до­бав­ки ан­ти­вспе­ни­ва­те­лей. Мою­щие со­ста­вы с по­ни­жен­ным пе­но­об­ра­зо­ва­ни­ем обыч­но со­дер­жат не­ио­но­ген­ные ПАВ. В разл. био­тех­но­ло­гич. и пи­ще­вых про­из-вах прак­ти­ку­ют до­бав­ле­ние пе­но­га­си­те­лей, что по­зво­ля­ет из­бе­гать по­терь и бо­лее эф­фек­тив­но ис­поль­зо­вать тех­но­ло­гич. обо­ру­до­ва­ние. В ка­че­ст­ве ан­ти­вспе­ни­ва­те­лей и пе­но­га­си­те­лей при­ме­ня­ют дис­пер­сии крем­ний­ор­га­нич. жид­ко­стей и уг­ле­во­до­ро­дов, ком­по­зи­ции ко­то­рых не­ред­ко уси­ле­ны до­бав­кой твёр­дых час­тиц (напр., тон­ко­дис­перс­но­го крем­не­зё­ма). Раз­ру­ше­ние П. так­же воз­мож­но ме­ха­нич. или ульт­ра­зву­ко­вым воз­дей­ст­ви­ем, об­ду­ва­ни­ем пе­ре­гре­тым па­ром и др. спо­со­ба­ми.