Піноутворюючі речовини (піноутворювачі) представляють собою в основному поверхнево-активні речовини, що полегшують диспергування газу (рідини) у вигляді дрібних бульбашок і підвищують стійкість тонких плівок між бульбашками.
Піноутворювачі можна розділити на 'дві групи.
1. Слабкі пенообразователи, що не утворюють структури ні в адсорбційних шарах, ні в обсязі розчину, а лише змінюють поверхневий натяг рідини на кордонах двосторонніх плівок. Такі пенообразователи, концентруючись в поверхневих шарах плівки, сприяють виникненню місцевих різниць поверхневого натягу і уповільнюють стікання рідини в найбільш тонких се шарах через протидіє стекаішо двомірного тиску (різниці поверхневих натягів) внаслідок зменшення адсорбції в тоншає середній частині плівки; завдяки цьому сповільнюються подальше потоншення і розрив плівки1.
2. Сильні пенообразователи, що утворюють в адсорбційних шарах високов'язкі і міцні просторові структури, значно сповільнюють потоншення і розрив плівок.
Піни, що утворюються при введенні в рідину піноутворювачів, являють собою дисперсні системи, в яких газ розглядається як дисперсна фаза, а рідина-як дисперсійна безперервна середу. Однак дисперсність, що визначається питомою поверхнею піни, може бути вище або у рідкій, або у газової фази. Це залежить від ставлення обсягів газової V2 і рідкої У | фази, яке називається кратністю піни і характеризується об'ємом піни р, одержуваних ич одиниці об'єму рідини:
Коли великі осередки газу (в дуже стійких пенах) розділені найтоншими плівками рідини, т. Е. V2> V. то значення р «V2 / Vj дуже велике і може досягати 200-1000. У таких пенах питома поверхня відповідно значно вище у рідкої, ніж у газової фази. Осередки в таких пенах представляють собою багатогранники. Якщо величина р має порядок 1 -10, то осередки піни - круглі бульбашки, розділені прошарками рідини значної товщини.
Методи визначення властивостей піноутворювачів. Сла. бие пенообразователи характеризуються здатністю змінювати поверхневий натяг рідини. Сильні пенообразователи оцінюються властивостями пен, одержуваних па їх основі: кратністю, стійкістю (кінетичної стійкістю), дисперсністю.
Поверхневий натяг рідини можна визначити різними способами. Найбільш простим і поширеним є метод найбільшого тиску газових бульбашок [14].
Капілярну трубку вертикально занурюють в рідину на дуже невелику глибину.
Кратністю піни називається найбільше відношення обсягу спіненої маси до обсягу вихідної рідини. Вона може бути визначена декількома методами. Найбільш простий метод визначення кратності піни полягає в наступному: 100 см3 робочого розчину піноутворювача поміщають в літровий градуйований циліндр діаметром 5-0 см н енергійно збовтують протягом 30 сек. Циліндр з розчином струшують у напрямку поздовжньої осі циліндра.
У ГОСТ 9603-61 (піноутворювач ПО-6) рекомендується визначати кратність піни після перемішування протягом 30 сек в приладі «подрібнювачі тканин».
Стійкість піни характеризується часом мимовільного руйнування стовпа піни на половину початкової висоти або обсягу. Якщо кратність піни визначалася вручну в циліндрі, то піностійкість визначається по зменшенню обсягу піни в ньому на 50% - якщо для визначення кратності піни перемішування проводилося в приладі «Размягчитель тканин», то піностійкість визначається часом виділення 50% розчину піноутворювача, взятого для отримання ієни.
Якість піни можна визначати за допомогою приладу ЦНІІГ1С-1 (12), який складається з трьох основних частин: судини /, скляної трубки 2 і поплавка 3. Скляний або целулоїдний посудину з внутрішнім діаметром 200 мм і висотою 160 мм (об'ємом V | = 5 л) імеот п днище отвір Скляна трубка діаметром 1-1 мм н висотою 700 мм (обсяг V2 - 100 см3) з'єднана з отвором в днище судини і має внизу кран. Поплавок є алюмінієву пластинку діаметром 190 мм і вагою 25 г. Шкала 4 служить для вимірювання висоти стовпа піни в см, а шкала 5 - для вимірювання відходу рідини в см3, т. Е. Об'єму рідини, отриманої в результаті руйнування піни.
Для перевірки якості піни прилад ЦНІІПС-1 заповнюють піною і визначають через 1 год наступні характеристики: осадку (за шкалою 4), відхід рідини при руйнуванні піни (за шкалою 5), кратність піни, т. Е. Ставлення початкового об'єму піни в посудині 1 (5024 см3) до обсягу відходу рідини після руйнування піни (за шкалою .1)
Дисперсність піни визначається за допомогою мікроскопа будь-якого типу, що має окулярний мікрометр для визначення розмірів спостережуваних об'єктів.
Основні види піноутворювачів. Як піноутворювачів у виробництві ПТМ можна застосовувати як низькомолекулярні (мила, солі сульфокислот і ін.), Так і високомолекулярні (білки, пектини, сапоніни та ін.) Речовини. При розчиненні цих речовин відбувається гідратація їх полярних груп, які міцно зв'язуються з молекулами рідини електростатичними силами тяжіння, утворюючи поверхневі шари піни. Концентруючись в поверхневому шарі на межі поділу фаз, ці сили знижують поверхневий натяг рідини.
Кожен піноутворювач має свою оптимальну температуру піноутворення, яка знаходиться в певному зв'язку з його молекулярною вагою і будовою. Речовини з великою молекулярною вагою можуть утворювати піну при більш високій температурі, ніж їх низькомолекулярні гомологи.
Суттєво впливає на піноутворення і властивості пен концентрація піноутворювача. Для кожного піноутворювача є з noil оптимальна концентрація, при якій різко підвищується кратність, стійкість і в'язкість піни. Оптимум концентрації відповідає для низькомолекулярних піноутворювачів неповного, а для високомолекулярних піноутворювачів - повного насичення адсорбційного шару. ) То відбувається тому, чю ні жомолекулярпие цецообр; | шпателі при неповному
насиченні адсорбційного шару не цілком орієнтовані і їх вуглеводневі ланцюги, переплітаючись, обумовлюють міцність оболонок осередків. Завдяки нещільної упаковці молекул піноутворювача полярні групи пов'язують більше води, т. Е. Сильніше гндратіруются. При насиченні адсорбційного шару відбувається орієнтація вуглецевих ланцюгів, що призводить до зменшення міцності структурних оболонок піни.
Високомолекулярні пенообразователи розташовуються на поверхні розділу фаз довгими цепеобраз- ними молекулами, полярні групи яких спрямовані в бік рідкої фази. З огляду на те що макромолекули полімеру утворюють суцільну захисну студнеобразную плівку, збільшення концентрації навіть вище значення, соответствующею повного насичення адсорбційних шарів, не приводить до зменшення стійкості піни.
При використанні піноутворювачів при виробництві ПТМ слід враховувати, що деякі речовини (наприклад, сульфат алюмінію, алюмінієві і хромовий галун, хлорне залізо, сапонін, желатин і ін.) Можуть підвищувати стійкість пен, а інші (наприклад, спирт і ін.) -разрушать піну. Значний вплив на активність піноутворювачів надає рН середовища.
Розглянемо ці положення на прикладі найбільш широко застосовується піноутворювача на основі контакту Петрова.
Контакт Петрова (ГОСТ 463-53) - малов'язка суміш сульфонафтенових кислот (5). Його отримують при кислотною очищення світлих нафтопродуктів.
Приготування піноутворювача на основі контакту Петрова складається з наступних операції: отримання 20% -ного розчину їдкого натру і нейтралізації контакту Петрова (отримання натрієвих солей сульфонаф- тенів кислот).
Контакт Петрова розбавляють водою в співвідношенні 1: 2 (за обсягом) і потім додають невеликими порціями (при обов'язковому перемішуванні) 20% -пин розчин їдкого натру. Вільна сірчана кислота при цьому переходить в сульфат натрію, а сульфонафтенових кислоти утворюють при нейтралізації натрієві солі. Закінчення нейтралізації визначають за допомогою індикатора «кон- Гороть» (для перевірки кислої реакції). Кількість 100% -ного їдкого натру, необхідного п; ля нейтралізації контакту Петрова, визначають але формулою
Після нейтралізації розчин нагрівають до 80-90 ° С, при цьому рідина розшаровується. Після охолодження до 15 ° С верхній шар видаляють, а в рідину, що представляє собою водний розчин натрієвих солен сульфопафтенових кислот з питомою вагою 1,06-1,07, додають 40% (загальної кількості рідини) водного розчину їдкого натру з питомою вагою 1 , 23 г / см3.
ОП-1 Синтетичний піноутворювач на основі пенообразующеговещества і стабілізатора.
Водні розчини піноутворювачів роблять на основі клееканифольной мила, піноутворювача ПО-6, смолосапонінового і багатьох інших речовин
Як піноутворювачів використовують кілька видів поверхнево-активних речовин. сприяють отриманню стійких пен.
Алюмосупьфонафтеновий піноутворювач отримують з гасового контакту. сірчанокислого глинозему та їдкого натру Він зберігає свої.
Рецепт найпростішого піноутворювача. Даний піноутворювач можливо використовувати тільки в обладнанні на базі пеногенратора.
ОП-1 Синтетичний піноутворювач на основі пенообразующеговещества і стабілізатора.
Позитивно впливає на процес подрібнення введення в матеріал интенсификаторов помелу у вигляді поверхнево-активних речовин (ПАР): СДБ, милонафта, петррлатума, ТЕА, контактаПетрова. вугілля і деяких інших речовин.