ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Закономерности процесса получения воздушно-механических пен из "Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров" Воздушно-механический метод газонаполнения особенно широко используется для получения пенопластов на основе карбамидных олигомеров и каучуковых латексов. Напомним, что физическая сущность этого метода состоит в диспергировании введенной извне в раствор газовой фазы (иринцип дисперсии), тогда как все ранее описанные методы газонаполнения основаны на существенно ином — так называемом конденсационном принципе образования газовой фазы. [c.262] Воздушно-механический метод имеет ряд специфических черт, которые мы разберем на примере получения карбамидных пенопластов. [c.262] В настоящее время нет единого общепризнанного взгляда на механизм образования, стабилизации и разрушения пен, а также на структуру поверхностных слоев вспененных жидкостей [86, 89]. Наиболее распространено мнение, что при растворении поверхностно-активных веществ — пенообразователей происходит гидратация их полярных групп, которые прочно связываются с молекулами воды электростатическими силами притяжения, образуя поверхностные слои пены. Неполярные углеводородные части молекул пенообразователей располагаются в газовой фазе, образуя слой углеводородных цепей, колеблющихся в результате теплового движения. [c.263] Физическое состояние поверхностных слоев, являясь переходным между жидким и твердым, облегчает возможность перестройки структуры пены без разрыва стенок ячеек и, следовательно, вполне соответствует условиям образования многократной и стабильной воздушно-механической пены. [c.263] Несколько иная закономерность наблюдается при использовании в качестве пенообразователей высокомолекулярных веществ (сапонина, белков, пектина). В этом случае на поверхности раздела фаз располагаются длинные молекулы, полярные группы которых направлены в сторону жидкой (полярной) фазы [12]. Ввиду того, что макромолекулы полимера образуют сплошную студнеобразную пленку, повышение концентрации полимера даже выше значения, соответствующего полному насыщению адсорбционных слоев, не приводит к увеличению стабильности пены. Для таких пенообразователей характерно почти полное взаимное соответствие изотермы адсорбции и кривой зависимости стойкости иены от концентрации пенообразователя. [c.264] Рассмотрим теперь некоторые факты, определяющие пенообразующую способность низкомолекулярных органических соединений, являющихся основным типом пенообразователей при производстве карбамидных пенопластов. Для начала заметим, что для того, чтобы молекула пенообразователя ориентировалась в поверхностном слое, она должна содержать полярную гидрофильную группу, соединенную с неполярным радикалом. Этот вывод подтверждается тем, что пенообразователями, наиболее широко нри-медяемыми в настоящее время для флотации и газотушения, являются соли сульфонафтеновых кислот (например, контакт Петрова) [85], жирные сульфокислоты и их соли [89], некоторые алифатические спирты, карбоновые кислоты и мыла [87]. [c.264] Ввиду того, что полярные группы пенообразователя должны располагаться в поверхностном адсорбционном слое, а неполярные радикалы — в газовой фазе, молекула пенообразователя должна быть предельно асимметричной и содержать гидрофильную группу на конце цепи. Действительно, различные сульфосоединения, содержащие сульфогруппу в середине молекулы, не являются пенообразователями, в то время как первичные сульфосоединения, содержащие сульфогруппу на конце цепи, относятся к разряду очень активных пенообразующих веществ [89]. Такая же закономерность наблюдается в рядах нафтеновых сульфокислот, жирных карбоновых кислот и их солей. [c.264] Если гидрофильное полярное низкомолекулярное соединение будет содержать не одну, а несколько полярных групп, расположенных в разных местах молекулы, то пенообразующая способность такого вещества будет значительно ниже, чем в случае соответствующих монозамещенных, содержащих гидрофильную группу на конце цени. Это происходит потому, что наличие нескольких центров гидратации в данном случае не благоприятствует созданию структурированных слоев на границе раздела газ — жидкость. Более беспорядочное расположение молекул воды способствует сохранению поверхностных слоев в жидком состоянии и, следовательно, снижает стойкость и вязкость пены. [c.264] Если предположить, что ПАВ удовлетворяет всем приведенным выше требованиям, то даже в этом случае нельзя утверждать, что оно в любом случае может быть использовано в качестве пенообразователя. Необходимо еще, чтобы его можно было применять в той области температур и концентраций, в которой адсорбционные слои могут находиться в студнеподобном состоянии. Очевидно, что при повышении температуры выше определенного предела снижается прочность стабилизирующих оболочек. [c.265] Для каждого пенообразующего вещества имеется своя оптимальная температура пенообразования, которая, несомненно, находится в определенной связи с молекулярной массой и строением пенообразователя. Чем выше температура перехода твердого пенообразователя в коллоидный раствор, тем до более высокой температуры может существовать студнеподобная структура поверхностного слоя. Отсюда следует, что вещества с большой молекулярной массой могут образовывать пену при более высокой температуре, чем их низкомолекулярные аналоги. Так, например, стеарат натрия можно применять в качестве пенообразователя при температуре кипения его водного раствора. При употреблении лаурата и миристата натрия вспенивание может быть осуществлено при комнатной температуре. Температуры перехода упомянутых солей жирных кислот в коллоидный раствор полностью соответствуют указанным температурам оптимального пенообразования. [c.265] Повышение температуры до значений, превышающих температуру перехода пенообразователя в коллоидный раствор, снижает стабильность пены. Напротив, при правильно выбранной температуре образуется устойчивая мелкоячеистая пена с достаточно прочными стенками ячеек [90]. [c.265] В ряду щелочных солей жирных кислот с повышением молекулярной массы оптимальная температура вспенивания повышается, так как переход вспенивающих веществ в коллоидный раствор, и, следовательно, образование структурированных поверхностных слоев для высших гомологов могут быть осуществлены при более высокой температуре. При использовании этих пенообразователей стабильная пена высокой кратности получается при сравнительно низких температурах. Снижение температуры вспенивания в этом случае объясняется тем, что соли непредельных жирных кислот образуют коллоидный раствор при значительно более низких температурах, чем мыла, не содержащие в молекуле двойных связей. Так, разбавленный водный раствор олеиновокислого натрия в отличие от раствора стеарата натрия образует стойкую пену при температуре ниже 20 °С. При этих условиях олеат натрия существует в водной среде в виде коллоидного раствора, что благоприятствует созданию студнеподобной структуры поверхностных слоев ячеек пены. [c.265] Связь между температурой перехода в коллоидный раствор и молекулярным строением пенообразователя существует и у соединений, относящихся к другим классам. [c.265] Выше было отмечено, что поверхностно-активные вещества, образующие при данной температуре слишком жесткие или, наоборот, недостаточно прочные поверхностные слои, не могут быть использованы в этих условиях в качестве пенообразователей. [c.266] Применяя смеси, можно расширить температурный интервал действия пенообразователей, дающих слишком жесткий поверхностный слой. Добавляя, например, к олеату или линолеату некоторое количество стеарата или пальмитата натрия, можно повысить оптимальную температуру пенообразования и добиться получения устойчивой пены при комнатной температуре. При использовании смесей большое значение имеет не только природа выбранных веществ, но и их оптимальное соотношение, так как при неправильном соотношении можно настолько нарушить структуру поверхностного слоя, что ожидаемый эффект не будет достигнут. Так, например, применение в смеси слишком большого количества абие-тата натрия резко уменьшает кратность, стойкость и вязкость пены [89]. Еще сильнее сказывается действие спиртов, добавка которых может привести даже к уничтожению пены (отсюда неправильное название таких веществ антивспениватели ). [c.267] Следует указать, что влияние электролитов и pH среды на процесс пенообразования резко усиливается при наличии в растворе белков или других органических соединений, имеющих наряду с кислотными и основные группы [91]. [c.268] Среди многих типов пенообразователей для получения карбамидных пенопластов пригодны только те, которые активны как в нейтральной, так и в кислой среде (pH=2—3). Напротив, не пригодны пенообразователи, разлагающиеся в кислой среде или уменьшающие кислотность среды (например, мыла). Применение эмульгаторов, активных в нейтральной среде и неактивных в кислой, способствует получению пен, коалисцирующих сразу же при под-кислении смолы. Эта особенность пенообразователей для карбамидных олигомеров иногда вынуледает вводить в композиции регуляторы pH среды — буферные растворы [9, 16, 92]. [c.268] Вернуться к основной статье