Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Прн контакте слоя пены с находящимся под ней жидким углеводородом также мохгет происходить ускоренное разрушение пены в области контакта. При этом высота слоя пены остается некоторое время неизменной, но вблизи углеводорода в пене образуются полости.
Особенно быстрое разрушение пены происхоюгт при ее контакте с органическими полярными жишсостями, что служит серьезным препятствием к использованию пен для тушения горящих полярных растворителей. Пены, используемые в различных областях, должны иметь различную устойчивость. Так, во флотации, когда производится барботирование большого количества воздуха через водные растворы ПАВ, содержащие частицы руды, образование обильной высокоустойчивой пены нежелательно, поскольку это затруднит дальнейшее выделение из пены ценного минерала. В этом случае используют ПАВ первой группы (по классификации Ребиндера), т. е.
слабые пенообразователи, для которых время жизни индивидуальных пузырьков не превышает нескольких десятков секунд. В качестве таких слабых пенообразователей обычно применяют низшие спирты или продукты переработки древесины (сосновое масло). Пена, содержащая флотируемые частицы (так называемая трехфазная пена), обладает более высокой устойчивостью, чем пена без твердых частиц, так что на поверхности флотационного аппарата образуется сравнительно тонкий слой «сливок», содержащих довольно высокую концентрацию флотируемого минерала. Периодически удаляя с поверхности эти «сливки», затем разрушая пену, получают концентратданного минерала. Высокоустойчивые пены, стабилизированные ПАВ третьей и четвертой групп, используются в пожаротушении, особенно при горении нефти и жидких топлив.
В этом случае важными характеристиками пен являются скорость растекания по поверхности горящего неф!2э и. 353 тепродукга и их изолирующая способность — время предотвращения выхода паров горючей жидкости. Для получения подобных высокоустойчивых пен используют сложные составы, включающие, помимо основного пенообразователя, добавки других ПАВ, дополнительно стабилизирующих пену. Значительные перспективы открывает применение фторзамещенных соединений. Важной задачей во многих производствах является также разрушение (гашение) пены или предотвращение пенообразования.
Так, в микробиологическом производстве иногда начинает образовываться обильная пена, затрудняющая проведение процесса. Обильная пена может образовываться в химических процессах, связанных с выделением газов или их взаимодействием с жидкостями. Чрезмерное пенообразование мешает и работе стиральных машин, поэтому стиральные порошки для машин содержат большее количество неионогенных ПАВ„которые являются более слабыми пенообразователями по сравнению с апкилсульфатами, особенно при повышенных температурах. Образовавшукзся пену можно разрушить с помощью перегретого пара, ультразвука либо введением так называемых пеногасителей. По Ребиндеру, пеногасителями являются ПАВ, имеющие более высокую поверхностную активность, чем пенообразователи, и поэтому вытесняющие пенообразователь с поверхности пузырьков пены, но не способные сами к ее стабилизации. Пеногасителями могут служить низшие спирты, а также кремнийорганические соединения.
Последние особенно эффективно предотвращают пенообразование. УП1.3. Эмульсии и эмульсионные пленки Дисперсии жидкостей в жидких дисперсионных средах, называемые эмульсиями, во многом сходны с рассмотренными пенами, но обладают и рядом важных особенностей. Наиболее существенное отличие эмульсий от лен состоит в следующем. Стабилизация пен с помощью ПАВ, обеспечивающая их устойчивость, не меняет их природы как лиофобных дисперсных систем. Напротив, эмульсии могут быть сколько угодно близки к лиофильным, термодинамически равновесным коллоидным системам (см.
гл. Ч1), и не всегда удается провести четкую грань между лиофильными и лиофобными эмульсиями. Лиофильные критические эмульсии и близкие к ним системы были рассмотрены в Ч1.3; данный параграф посвящен рассмотрению лиофобных эмульсий. Другой специфической чертой эмульсий является возможность образования эмульсий двух типов: лрямой, в которой дисперсионной 354 средой является более полярная жидкость (обычно вода), и обратной, в которой более полярная жидкость образует дисперсную фазу . При 1 определенных условиях наблюдается обращение фаз эмульсий, когда эмульсия данного типа при введении каких-либо реагентов или при изменении условий превращается в эмульсию противоположного вида.
Определить тип эмульсий можно, например„по ее электрической проводимости (электрическая проводимость для водной дисперсионной среды на много десятичных порядков выше, чем у обратных эмульсий), по способности смешиваться с полярными и неполярными растворителями или растворять полярные и неполярные красители. Различают также разбавленные эмульсии (до нескольких процентов дисперсной фазы по объему) и эмульсии концентрированные, в том числе высококонцентрированные (свыше 70 % дисперсной фазы).
Последние близки по структуре и свойствам к пенам, поэтому их иногда называют спумоидными (пенообразными) эмульсиями. Изучение устойчивости эмульсий раскрывает закономерности влияния строения молекул ПАВ на их способность к стабилизации прямых и обратных систем.
Исследования изолированных пленок обратных эмульсионных систем (углеводородных пленок в водной среде, стабилизированных адсорбционными слоями ПАВ) позволили получить на этих модельных системах сведения о строении и механизмах функционирования мембран различных клеточных структур.
Важнейшим представителем природных обратных эмульсий является сырая нефть — эмульсия, содержащая до 50 — 60 % сильно засоленной воды и очень сильно стабилизованная природными ПАВ и смолами; разрушение этой эмульсии является первой и достаточно трудной стадией переработки нефти. Широкое применение имеют эмульсии в технике и химической технологии: это процессы обработки с применением эмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей, эмульсионной полимеризации, переработки и получения пищевых продуктов (молоко, сливочное масло, маргарин) и фармацевтических препаратов.
Получение лиофобных эмульсий, как правило, осуществляется методом диспергирования (эмульгирования) одной жидкости в другой в присутствии ПАВ, называемых в этом случае эмулыаторами (ПАВ третьей и четвертой группы). Конденсационным путем образуются лишь некоторые, в основном, разбавленные эмульсии, например эмульсии масел в водах паровых котлов.
Для эмульгирования 1 Возможны и так называемые «мне;кественные эмульсии», в которых дисперсионная среда частично диспергирована в каплях дисперсией фазы. О--=О О жидкостей применяют различные уст- :-- О ройства, основанные на воздействии виб- О: —::: рации, ультразвука, действии больших градиентов скоростей сдвига (в так назы— ® ваемых коллоидных мельницах), на со- ударении струи двух жидкостей, выте- О ОΠΠ— ОО О =О каюших из узких отвер тий, и т.
п, О О О О = ~ — 'В некоторых случаях, приближаю- щихся к условиям образования лиофиль- — ных коллоидных систем может происхоРме. утй-тв. возни«нов«ни«дить и самопроизвольное образование и стабилизирующее действие эмульсий (самоэмульгирование жидком мяоо»мтя»«яй стей). Это возможно, например, если на границе двух жидких фаз при взаимодействии двух веществ, каждое из которых раствори мо в одной из соприкасающихся фаз, образуется сильно поверхностно-активное соединение. Протекающая в таких существенно неравновесных условиях адсорбция образующегося вещества способна приводить, как было показано А,А. Жуховицким, к резкому снижению поверхностного натяжения и самопроизвольному диспергированию (см. Ч1.1).
После завершения химической реакции образования на межфазной поверхности заметных количеств ПАВ его адсорбция по мере приближения к равновесным условиям падает, и поверхностное натяжение может снова возрасти выше критического значения тт,. Близкое по природе самопроизвольное эмульгирование, лежащее в основе эффективного способа получения устойчивых эмульсий, может осуществляться при использовании ПАВ, растворимого в обеих контактирующих жидкостях: в дисперсной фазе и дисперсионной среде. Если раствор такого ПАВ в веществе дисперсной фазы интенсивно перемешивать с чистой дисперсионной средой, то происходит перенос ПАВ через межфазную поверхность, имеющую малое поверхностное натяжение (рис.
ЧП1-10). Это вызывает «турбулизацию» поверхности и приводит к возникновению наряду с более крупными каплями эмульсии большого числа очень малых капелек микроэмульсии, оказывающих стабилизирующее действие на систему. Тип эмульсии, возникающей при механическом эмульгировании, в значительной степени зависит от соотношения объемов жидкостей: жидкость, присутствующая в существенно большем количестве, обычно становится дисперсионной средой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
