Jaké jsou fáze tvorby pěny?

Průmyslová výroba a procesy čištění kladou vysoké nároky na používané povrchově aktivní látky. Důležitou roli hraje nejen teplota a pH procesů, ale také sklon roztoků k pěnění. V některých procesech, jako je čištění pěny nebo flotace, se pěna speciálně vytváří. V jiných případech je pěna řízena, např. při přepravě produktu intenzivní pěnění vede ke zvětšení objemu, to může vést ke špatnému toku látky. Proto je nutné mít informace o příčinách vzniku pěny a její stabilitě.

Tendence a stabilita pěny jsou často omezeny metodami měření. Například u Ross-Milesovy metody (ASTM D1173) je nutné před měřením počkat určitou dobu, což u nestabilních pěn není přijatelné. V mnoha metodách nelze pěnu reprodukovat kvalitativně, a to je velmi důležité pro porovnávání dat získaných různými uživateli v různých laboratořích.

Dynamický analyzátor pěny DFA100 umožňuje reprodukovatelnost výsledků vytvořením stejných podmínek pro všechna měření. Vlastní parametry tdev a ttr popisují stabilní pěny s velmi krátkou životností pomocí modelu zaměřeného na proces rozpadu pěny. Metoda uvažuje destrukce pěny ve třech fázích: nejprve se uvolní voda, poté se k uvolňování vody přidá destrukce pěny a v poslední fázi se destruuje pouze samotná struktura pěny.

Tento článek porovnává tři povrchově aktivní látky s různými sklony k pěnění, charakterizované dvěma parametry hmax a tdev měřenými pomocí DFA100. Navíc byla měřena povrchová reologie těchto povrchově aktivních látek; získaná data dobře korelují s údaji o pěnivosti.

Kryptoamoniové alkyly polyglykoletherkarbonátů byly použity jako povrchově aktivní látky, které lze upravit pro různé úkoly změnou délky hydrofobní alkylové skupiny nebo polárního řetězce polyesteru. Vzorce studovaných povrchově aktivních látek jsou uvedeny níže:

Očekávalo se, že stabilita pěny klesne z A na C (podle informací výrobce). Měření byla provedena na 0.01% vodném roztoku, u všech vzorků byla tato koncentrace pod CMC. Při 21 °C měly roztoky pH = 6 a viskozitu asi 0,98 mPa.s.

Studie pěnění povrchově aktivní látky byly prováděny na dynamickém analyzátoru pěny DFA100. Každý 50 ml vzorek byl umístěn do nádobky na vzorky (kapiláry). Vzduch byl foukán přes porézní základ kapiláry (typ G2, velikost pórů 40-100 um) po dobu 12 sekund (průtok byl 5 ml/s). Stabilita pěny studovaných roztoků povrchově aktivních látek, předpokládaná výrobcem, je dobře potvrzena pomocí parametru t_dev. Výsledky navíc potvrzuje i měření modulu pružnosti kapaliny pomocí DSA100R Surface Rheology Tester.

Tendenci kapaliny k pěnění lze posoudit přímo maximální výškou sloupce kapalina + pěna. Podle získaných údajů sklon k pěnění klesá v následujících řadách:

Stabilita pěny byla hodnocena pomocí parametru t_dev, získané na základě křivky. Diagram ukazuje, že pro stabilitu pěny byly získány následující výsledky:

Je vidět, že látky A a B se stejnou tendencí k pěnění vykazují různou stabilitu pěny. Dá se předpokládat, že rozdílné chemické složení látek má větší vliv na stabilitu než na sklon k pěnění.

Pro porovnání výsledků měření s nezávislými metodami byly provedeny studie reologických vlastností povrchu roztoků metodou oscilující kapky (ODM). Měření byla provedena na zařízení DSA100R (KRUSS, Německo). Během měření byly pro každou látku stanoveny parametry E* (mezipovrchový expanzní modul), E’ (modul pružnosti) a E“ (ztrátový modul).

Parametr E* popisuje stabilitu pěny: čím vyšší je tato hodnota, tím je pěna stabilnější.

Modul pružnosti E’ přímo souvisí s uvolňováním kapaliny při destrukci pěny, což je popsáno v literatuře [5-10], tedy plně koreluje s parametrem t_dev.

Fyzikální jevy, které popisuje ztrátový modul E, jsou stále studovány. Při studiu roztoků mastných kyselin [5] se ukázalo, že vysoké hodnoty E jsou spojeny s vysokou stabilitou pěny.

Studium reologických parametrů potvrdilo sekvenci ve stabilitě pěn A > B > C, a také ukázalo, že parametr E* silně dominuje E‘, tzn. Uvolňování vody má velký vliv na stabilitu pěny. V případě zařízení DFA100 je tento proces popsán parametrem t_dev. Poměr parametrů t_dev a E’ jsou konzistentní pro všechny tři povrchově aktivní látky.

Parametry měřené pomocí DFA100 ukazují, že při destrukci pěny dominuje proces uvolňování vodné fáze (t_dev), když se pěna sama rozpadne, je uvolňování vody již nepatrné (t_tr). Parametr t_dev byla stanovena pro tři roztoky alkyl-polyglykoletherů karboxylátu, což umožnilo identifikovat vzor při tvorbě pěny. Rozdíly v tendenci k pěnění a stabilitě pěny byly ukázány pomocí parametrů hmax a t_dev. Při stejném sklonu látek A a B k pěnění byla stabilita výsledných pěn odlišná.

Data získaná na pěnovém analyzátoru DFA100 dobře korelují s daty z měření reologických vlastností povrchu kapaliny (metoda ODM). Parametr t_dev Vhodné pro charakterizaci roztoků povrchově aktivních látek.

1. H. Denzer, “Cryptoanionische Alkylpolyglykol-etherkarboxylát”, SEPAWA Kongressheft zum 56. SEPAWA Kongress ve Würzburgu, 2009.
2. K. Lunkenheimer, K. Malysa, G. Wienskol, B. Baranska. Evropský patentový bulletin ze dne 16.01.2008 (čl. 97 odst. 3 EPC), Evropský patent č. 1 416 261 (03 024 885.0) (přihláška EPA 02024377, 31.10.02. XNUMX. XNUMX).
3. K. Lunkenheimer, K. Malysa, K. Winsel, K. Geggel, S. Siegel, „Nová metoda a parametry pro testování a charakterizaci stability pěny“, Langmuir, 2010, 26, 3883-3888.
4. S.C. Russev, N. Alexandrov, K.G. Marinová, K.D. Danov, N. D. Denkov, L. Lyutov, V. Vulchev, C. Bilke-Krause, „Přístroj a metody pro měření povrchové dilatační reologie“, Rev. Sci. Instr. 2008, 79, 104102.
5. K. Malysa, R. Miller, K. Lunkenheimer, „Vztah mezi stabilitou pěny a silami elasticity povrchu: Roztoky mastných kyselin“, Colloids Surf., 1991, 53, 47-62.
6. D. Langevin, “Vliv mezifázové reologie na vlastnosti pěny a emulze”, Adv. Colloid Interface Sci., 2000, 88, 209-222.
7. C. Stubenrauch, V. B. Fainerman, E. V. Aksenenko, R. Miller, “Adsorpční chování a dilatační reologie kationtových alkyltrimethylammonium bromidů na rozhraní voda/vzduch”, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 1505-1509.
8. C. Stubenrauch, Kh. Khristov, Foams and foam movies stabilized by CnTAB: “Influence of the chain length and of inpurities”, J. Colloid Interface Sci., 2005, 286, 710-718.
9. E. Santini, F. Ravera, M. Ferrari, C. Stubenrauch, A. Makievski, J. Kragel, „Povrchová reologická studie neiontových povrchově aktivních látek na rozhraní voda-vzduch a stabilita odpovídajících tenkých pěnových filmů“ , Koloidy a Surf. A: Physicochem. Ing. Aspekty, 2007, 298, 12-21.
10. E. Carey, C. Stubenrauch, „Vlastnosti vodných pěn stabilizovaných dodecyltrimethylamonium bromidem“, J. Colloid Interface Sci., 2009, 333, 619-627.