ЭлБиб

МАСЛОЖИРОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

№ 2-2011

ПАЛЬМОВОЕ МАСЛО

ПРОИЗВОДСТВО КОСМЕТИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

3.3. Агрегативная

устойчивость пен

Агрегативная устойчивость

– спо-

собность пены сохранять первона-

чальный объем и изначальную степень

дисперсности. Без учета внешних

воздействий она зависит в основном

от двухфакторов: стабильности пленок

жидкой дисперсионной фазы и степе-

ни полидисперсности (неоднородно-

сти) газовой дисперснойфазы.

Реально толстые и тонкие пленки

сухой пены, структура и геометрия ко-

торой представлена на рис. 2, имеют

разную толщину и кривизну поверх-

ности. В местах утолщения, напри-

мер, в вогнутых менисках возникает

капиллярное давление, направленное

в сторону утолщения и вызывающее

переток жидкости из объема более

тонкой части пленки в утолщенную.

Переток жидкости в пленке вызывает

ее местное растяжение и, как след-

ствие этого, увеличение площади по-

верхности и уменьшение поверхност-

ной концентрации ПАВ на ней. Эти из-

менения в пленках при определенных

условиях могут приводить как к раз-

рыву их, так и к стабилизации с неиз-

менной во времени равновесной тол-

щиной, обеспечиваемой равновес-

ной упругостью пленки в статических

и динамических условиях.

Понятие

равновесной

упруго-

сти

жидких пленок, обеспечиваю-

щей агрегативную устойчивость пен

в статических

условиях

, было введе-

но Гиббсом [14], а

динамических

условиях

– Марангони [15] и в лите-

ратуре известны как эффект Гиббса

и эффект Марангони*.

3.3.1. Эффект Гиббса

В основу его положена наблю-

даемая экспериментально способ-

ность пленки восстанавливать свое

первоначальное равновесное со-

стояние одновременно с ее дефор-

мацией, т.е.

самостабилизировать-

КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ШАМПУНЕЙ

А.А. БЕЗДЕНЕЖНЫХ,

д-р техн. наук

Л.А. САНОВА,

канд. техн. наук

А.Н. ЛИСИЦЫН,

д -р техн. наук

Т.В. ДРОНИКОВА

ГНУ ВНИИ жиров

ся

(рис. 3). Это обусловлено тем,

что при растяжении или расшире-

нии пленки жидкости или жидкой

прослойки между двумя соприкаса-

ющимися пузырьками газа площадь

поверхности пленки будет увели-

чиваться, а поверхностная концен-

трация ПАВ на ней при условии по-

стоянства массы уменьшаться; и,

наоборот, при стягивании или сжа-

тии пленки площадь поверхности

уменьшается, а поверхностная кон-

центрация ПАВ увеличивается. Из-

менения концентрации ПАВ приво-

дят к образованию градиента кон-

центрации dc, в результате которого

поверхностное натяжение расши-

ряющегося участка пенной пленки

возрастает (+

), а сжимающегося,

наоборот, понижается (–

), то есть

пленка ведет себя как упругое тело.

Используя это свойство упругости

пленки и уравнение Гука

описывающее деформацию упру-

гих тел (здесь

– модуль сдвига,

характеризующий жесткость тела;

– напряжение и деформация

сдвига), Гиббс ввел понятие о моду-

ле равновесной упругости, величина

которого для двусторонней пленки

пены в соответствии с уравнением

Гука для двумерной модели при

может быть записано

в следующем виде:

= 2

(

)

(9)

где

– соответственно площадь

поверхности пленки, занимаемая

раствором ПАВ концентрации

и ее изменение при деформации.

Значение модуля упругости Гиб-

бса

можно вычислить по кривой

зависимости поверхностного напря-

жения от концентрации ПАВ

(

используя уравнение Китчернера

и Кумпера [16]

= 4

(

)(1+

ℓ

)/(

) (10)

где

– поверхностная концентрация

ПАВ в пленке, приходящаяся на еди-

ницу площади межфазной поверх-

ности;

– толщина пленки.

В целом, модуль Гиббса служит

мерой способности пенных пленок

временно восстанавливать свое

первоначальное состояние после

их деформации за счет внешних сил.

Степень проявления этой способно-

сти в противодействии разрушению

пен является оценкой эффективно-

сти или эффекта Гиббса в обеспече-

нии их агрегативной устойчивости.

3.3.2. Эффект Марангони

Оценивает увеличение упруго-

сти пленки под действием разности

между динамическим и статиче-

ским (равновесным) поверхност-

ными натяжения

∆

или

. Так, при

быстром растяжении или сжатии

пленки или жидкой прослойки меж-

ду пузырьками газа (рис. 3), кон-

центрация ПАВ в поверхностном

слое в местах деформации соответ-

ственно уменьшится или увеличит-

ся по сравнению с концентрацией

в объеме жидкости на величину (–

)

и (+

). Это вызывает образование

локальных градиентов (+

) и (–

)

между возникающим динамическим

и равновесным (статическим) по-

Ключевые слова:

пенообразование, устойчивость пен, стабилизаторы пен шампуней

Key words:

foaming, foam stability, shampoo foam stabilizers

УДК 665.585.5

*В англоязычной литературе эти эффекты при-

нято объединять под одним термином «Эффект

Гиббса-Марангони».

** Рисунки приведены в авторском исполнении

Рис. 3**. Схема эффекта Гиббса-

Марангони: 1 – пленка до начала

локальной деформации; 2 – пленка во

время локальной деформации (сжатия);

3 – пленка после установления нового

равновесия. Со, С – концентрация ПАВ

до и после деформации;

о,

– поверхностное натяжение

до и после деформации; dc, d

– локальные градиенты концентрации

и поверхностного натяжения во время

локальной деформации.

(ПРОДОЛЖЕНИЕ. НАЧАЛО СМ. В № 1-2011)

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека