De Vries har forskat om skumstabilitet i vattenfasskumsystem och förklarat de grundläggande principerna och några stabiliseringspunkter i bildandet av polyuretanskum.
Forskningen anser att när en viss volym gas dispergeras i en enhetsvolym av vätskefas, för att producera ett relativt jämnt dispergerat mikrocellulärt skum, måste en viss fri energi (ΔF) appliceras på systemet, uttryckt med följande formel.
△F=yA
där ΔF är den fria energin; y är ytspänningen; A är det totala området för bubbelgränssnittet.
Eftersom det i det flytande skumsystemet alltid finns en tendens att ytan på gas-vätskegränssnittet minskar, om systemet inte ges tillräckligt med fri energi kommer bubblorna i vätskefasen att smälta samman eller kollapsa. Enligt principen i ovanstående formel kan tillsats av ämnen som minskar ytspänningen y, såsom silikonoljetensider, erhålla ett större totalt bubbelgränssnittsområde (A) under samma energi ΔF-förhållanden. Därför underlättar tillsats av människor Lämpliga tensider bildandet av fina bubbeldispersioner.
Mobay Chemical Company i USA använde en höghastighetskamera för att spåra och observera bildningsprocessen för polyuretanskum. I processen att gradvis öka materialets viskositet kommer bubblornas form och volym att förändras med tidens ökning och bubblornas volym kommer att förändras från liten till stor. Formen utvecklas också gradvis från sfärisk till tredimensionell nätverksstruktur av pentahedron och hexahedron.
Enligt den klassiska teorin är gastrycket i den sfäriska bubblan i skumningsprocessen större än trycket hos den omgivande vätskan; gastrycket i den lilla bubblan är större än i den stora bubblan, och tryckskillnaden mellan dem är △ p och ΔP'representerar.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
där y är ytspänningen; R är bubbelradien; R1 och R2 är radierna för små respektive stora bubblor.
Med tiden expanderar de små bubblorna, diffunderar och smälter samman i de större bubblorna, vilket ger gasen en gradvis större form och volym. Om ett tillsatsmedel som bidrar till att minska ytspänningen läggs till formeln, kommer det att bidra till att minska tryckskillnaden mellan stora och små bubblor, förbättra skumets stabilitet och producera en skumstruktur med finare celler.
Som den andra sidan av gasvätskans tvåfas är vätskans roll ett annat ämne i diskussionen om bubbelstabilisering. Det är omöjligt att erhålla stabila bubblor i en ren vätska, oavsett vätskans ytspänning. För att erhålla relativt stabila bubblor måste följande två villkor vara uppfyllda:
1. Det finns minst två eller flera system i systemet.
2. En komponent i systemet kan företrädesvis adsorberas på bubblans yta. Enligt Gibbs teori bestäms dess ytspänning av typen och mängden adsorberade lösta ämnen.
dy=—ΣΓdμ
I formeln är Γ komponentens kemiska potential; μ är komponentens ytöverskott.
Enligt ovanstående förhållande, i fallet med en viss mängd löst ämne, kommer ökningen av ytan att minska ytöverskottet, och ökningen av ytspänningen kommer att hindra den ytterligare expansionen av ytan, det vill säga bubbelfilmen kommer att tunnas ytterligare. Därför kan ökning av ytspänningen förhindra gallring av bubbelväggen och bidra till bubblans stabilitet.
Vätskan på bubbelväggsfilmen kommer att producera flytande dränering på grund av kapillärverkan, vilket är en av de faktorer som påverkar cellens stabilitet.
Figur 6-2 är en förstorad tvärsnittsmodellvy av bubbelväggsdelen.
Enligt Laplace och Youngs teori, eftersom trycket av flytande cellväggmembran vid (1) och (2) är lägre än trycket vid väggmembran (3), rör sig vätskan vid väggmembran (3) till (1), (2) två Samtidigt, på grund av tyngdkraftens påverkan, kommer det mesta av vätskan att strömma till (2). Mängden vätskeflöde är proportionell mot avståndet L mellan de två ändarna av (1) och (2), det vill säga ju större avståndet L desto större är mängden vätskeflöde. Som ett resultat av vätskedispersion blir bubbelvätskefilmväggen tunnare, vilket är mer ogynnsamt för bubblans stabilitet. Ju större vätskans viskositet desto svårare är det att sprida vätskan. Därför kommer ökningen av vätskans viskositet utan tvekan att spela en positiv roll i skumets stabilitet. Om vissa katalysatorer som kan främja den flytande gelreaktionen tillsätts till vätskereaktionssystemet för att påskynda ökningshastigheten för vätskeviskositeten, kommer flödeshastigheten för den flytande filmen att reduceras, vilket är fördelaktigt för ökningen av skummets stabilitet. På samma sätt, när materialsystemets temperatur ökar, kommer vätskans viskositet att minska, ytspänningen kommer att minska och tendensen hos bubbelvätskeväggen till tunn kommer att öka, vilket kommer att påskynda brottet i bubbelväggfilmen.
Dessutom finns det också en dubbelsidig elektrisk effekt i skumstabiliseringen. Till exempel kommer de joniska ytaktiva ämnena på båda sidor av bubbelfilmväggen, på grund av bubblornas expansion, att fångas inuti och utanför den flytande filmen när den flytande filmen dras. Det finns en laddningsbarriär på ytan. När väggytan är nära kommer den repulsiva kraften hos de två elektriska egenskaperna att förhindra att bubbelfilmväggen tunnas ut, och van der Waals-kraften på båda sidor av den flytande väggen kommer att göra bubbelväggfilmen tunn under verkan av ömsesidig attraktion. Men denna kraft är relativt svag.
