Факторы устойчивости, обусловленные гидродинамическими процессами в жидкости
На стыке пенных пленок взаимно соприкасающихся пенных пузырьков образуется замкнутая полость, заполненная жидкостью. Под воздействием гравитационных и капиллярных сил она покидает эти замкнутые полости по каналам Плато (названы по имени известного бельгийского ученого, исследовавшего устойчивость дисперсных систем). Эти каналы возникают в месте стыка пленок трех соприкасающихся пенных пузырьков. В одной точке сходятся четыре канала Плато, образуя строго одинаковый угол в 109 градусов 28 минут. Эти каналы пронизывают всю структуру пены, представляя собой взаимосвязанную систему.
Процесс истечения жидкости из пены под действием гравитационных сил называется дренированием. Если сосуд наполнить пеной и оставить на некоторое время, то постепенно на дне соберется слой жидкости, который будет расти до тех пор, пока в пленках пены не останется минимальное количество жидкости (или пока пленки не лопнут).
Истечение жидкости из пены может произойти и вследствие капиллярного всасывания через каналы Плато. Между пузырьками одинакового размера, соприкасающимися в пене, стенка плоская, это своего рода плоский капилляр, поэтому жидкость, заполняющая стенку, находится под таким же давлением, как и газ в этих двух пузырьках. Однако поверхность раздела «жидкость-воздух» близ места соединения трех пузырьков (границ Плато) вогнута по отношению к воздушной фазе. Следовательно, жидкость на границе Плато находится под отрицательным капиллярным давлением, которое и «высасывает» жидкость.
При истечении жидкости по каналам Плато поверхностные слои пенных пленок под действием капиллярных сил или растягиваются, или сжимаются. При растягивании пленки «упаковка» молекул ПАВ становится менее плотной, и на некоторых ее участках поверхностное натяжение увеличивается. В результате появляются ослабленные участки, которые мгновенно восстанавливают свою толщину и прочность под действием эффекта Марангони.
Оба эти процесса - утончение пленок на отдельных участках пузырька и восстановление толщины пленки (хотя и не до первоначальной) - протекают одновременно, обеспечивая устойчивость пены вплоть до определенного момента.
Уменьшение скорости истечения жидкости по каналам Плато - один из путей повышения стабильности пены. Решение этой задачи возможно по нескольким направлениям: изменением гидродинамических характеристик жидкости, закупоркой каналов Плато, управлением капиллярными силами.
