De Vries vykonal výskum stability peny vo vodných penových systémoch, pričom vysvetlil základné princípy a niektoré stabilizačné body pri tvorbe polyuretánovej peny.
Výskum sa domnieva, že keď je určitý objem plynu rozptýlený v jednotkovom objeme kvapalnej fázy, aby sa vytvorila relatívne rovnomerne rozptýlená mikrocelulárna pena, musí sa do systému aplikovať určitá voľná energia (ΔF), ako je vyjadrené nasledujúcim vzorcom.
△F=yA
kde ΔF je voľná energia; y je povrchové napätie; A je celková plocha bublinového rozhrania.
Pretože v systéme tekutej peny je vždy tendencia k zníženiu povrchovej plochy rozhrania plyn-kvapalina, ak systém nemá dostatok voľnej energie, bubliny v kvapalnej fáze sa zlúčia alebo zrútia. Podľa princípu vyššie uvedeného vzorca môže pridanie látok, ktoré znižujú povrchové napätie, ako sú povrchovo aktívne látky zo silikónového oleja, získať väčšiu celkovú plochu rozhrania bubliny (A) za rovnakých energetických podmienok ΔF. Preto pridanie ľudí Vhodné povrchovo aktívne látky uľahčujú tvorbu jemných bublinkových disperzií.
Mobay Chemical Company of the United States použila vysokorýchlostnú kameru na sledovanie a pozorovanie procesu tvorby polyuretánovej peny. V procese postupného zvyšovania viskozity materiálu sa tvar a objem bublín zmení so zvýšením času a objem bublín sa zmení z malých na veľké. Tvar sa tiež postupne vyvíja zo sférickej na trojrozmernú sieťovú štruktúru pentahedrónu a hexahedrónu.
Podľa klasickej teórie je v procese penenia tlak plynu v sférickej bubline väčší ako tlak okolitej kvapaliny; tlak plynu v malej bubline je väčší ako tlak vo veľkej bubline a tlakový rozdiel medzi nimi je △ p a ΔP' predstavuje.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
kde y je povrchové napätie; R je polomer bubliny; R1 a R2 sú polomery malých a veľkých bublín.
Postupom času sa malé bubliny rozširujú, rozptyľujú a spájajú do väčších bublín, čo dáva plynu postupne väčší tvar a objem. Ak sa do vzorca pridá prísada, ktorá prispieva k zníženiu povrchového napätia, pomôže to znížiť tlakový rozdiel medzi veľkými a malými bublinami, zlepšiť stabilitu peny a vytvoriť penovú štruktúru s jemnejšími bunkami.
Ako druhá strana dvojfázovej plynovo-kvapalnej kvapaliny je úloha kvapaliny ďalšou témou v diskusii o stabilizácii bublín. Nie je možné získať stabilné bubliny v čistej kvapaline bez ohľadu na povrchové napätie kvapaliny. Na získanie relatívne stabilných bublín musia byť splnené tieto dve podmienky:
1. V systéme sú najmenej dva alebo viac systémov;
2. Jedna zložka systému môže byť prednostne adsorbovaná na povrchu bubliny. Podľa Gibbsovej teórie je jeho povrchové napätie určené typom a množstvom adsorbovaných solutes.
dy=—ΣΓdμ
Vo vzorci je Γ chemický potenciál zložky; μ je povrchový prebytok komponentu.
Podľa vyššie uvedeného vzťahu, v prípade určitého množstva rozpustnosti, zvýšenie plochy zníži prebytok povrchu a zvýšenie povrchového napätia bude brániť ďalšiemu rozširovaniu povrchovej plochy, to znamená, že bublinkový film sa ďalej stenčí. Preto zvýšenie povrchového napätia môže zabrániť stenčovaniu bublinkovej steny a prispieť k stabilite bubliny.
Kvapalina na fólii bublinkovej steny vytvorí kvapalnú drenáž v dôsledku kapilárneho pôsobenia, čo je jeden z faktorov ovplyvňujúcich stabilitu bunky.
Obrázok 6-2 je zväčšený prierezový modelový pohľad na časť bublinovej steny.
Podľa Laplaceovej a Youngovej teórie, keďže tlak membrány tekutých buniek v (1) a (2) je nižší ako tlak na stenovej membráne (3), kvapalina na stenovej membráne (3) sa pohybuje na (1), (2) dve Súčasne vplyvom gravitácie bude väčšina kvapaliny prúdiť do (2). Množstvo prietoku kvapaliny je úmerné vzdialenosti L medzi dvoma koncami (1) a (2), to znamená, že čím väčšia je vzdialenosť L, tým väčšie je množstvo prietoku kvapaliny. V dôsledku disperzie kvapaliny sa stena bublinového tekutého filmu stane tenšou, čo je pre stabilitu bubliny nepriaznivejšie. Čím väčšia je viskozita kvapaliny, tým ťažšie je rozptýliť kvapalinu. Preto zvýšenie viskozity kvapaliny bude nepochybne hrať pozitívnu úlohu v stabilite peny. Ak sa do systému kvapalnej reakcie pridajú niektoré katalyzátory, ktoré môžu podporiť reakciu kvapalného gélu, aby sa urýchlila rýchlosť zvýšenia viskozity kvapaliny, zníži sa prietok kvapalného filmu, čo je prospešné pre zvýšenie stability peny. Rovnakým spôsobom, keď sa zvýši teplota materiálového systému, viskozita kvapaliny sa zníži, povrchové napätie sa zníži a zvýši sa tendencia bublinkovej tekutej steny k tenkému, čo urýchli prasknutie filmu bublinkovej steny.
Okrem toho je v penovej stabilizácii aj obojstranný elektrický efekt. Napríklad iónové povrchovo aktívne látky na oboch stranách steny bublinového filmu budú v dôsledku rozšírenia bublín zachytené vo vnútri a mimo tekutého filmu, keď sa vytiahne tekutý film. Na povrchu je nabíjacia bariéra. Keď je povrch steny blízko, odpudivá sila dvoch elektrických vlastností zabráni stenčovaniu steny bublinového filmu a van der Waalsova sila na oboch stranách tekutej steny spôsobí, že film bublinkovej steny bude tenký pôsobením vzájomnej príťažlivosti. Táto sila je však relatívne slabá.
