ВСЕ О ПЕНОБЕТОНЕ

Этапы существования пены как ячеисто-пленочной структуры

Пена как ячеисто-пленочная система представляет собой отдельные пу­зырьки воздуха, разделенные пленками раствора пенообразователя. В процессе образования и существования пены можно наблюдать три периода.

В первый период воздушные пузырьки отделены друг от друга толстыми пленками жидкости и могут свободно перемещаться. Это более или менее вязкие, но текучие системы. В этот период пена обладает сходством с обычной концен­трированной эмульсией. Со временем пузырьки теряют свободу перемещения, превращаясь в полиэдрические ячейки, разграниченные тонкими, несколько изо­гнутыми пленками жидкости; наблюдается количественное преобладание дис­персной фазы над дисперсионной средой, с образованием структуры.

Во второй период пена похожа на желатинизированную эмульсию. Устой­чивость пены в этот момент является не агрегативной, а определяется меха­нической прочностью остова, образованного из пленок той жидкости, которая представляет собой дисперсионную среду.

Третий период коалесценции соответствует превращению пены в две объ­емные фазы с минимальной поверхностью раздела.

Основное условие образования пены - формирование неоднородных по составу пограничных слоев. Химически чистые жидкости практически не обра­зуют пены. Если в них растворены другие вещества в молекулярном или колло­идном состоянии, то раствор может вспениваться, когда концентрация раство­ренного вещества в поверхностном слое больше, чем в объеме раствора, то есть при образовании адсорбционного слоя.

Адсорбция может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, происходит увеличение или уменьшение концентрации вещества в по­верхностном слое. Существует определенная термодинамическая связь между ад­сорбцией (изменение концентрации раствора вблизи поверхности) и поверхност­ной активностью (способность растворенного вещества уменьшать свободную поверхностную энергию). Вещества, понижающие поверхностное натяжение воды, называют поверхностно активными (ПАВ). Чем эффективней ПАВ, тем слабее поверхностное натяжение воды - соответственно, затраты энергии на фор­мирование пены будут меньше.

Установлено, что ПАВ - это вещества, содержащие полярные группы мо­лекул, которые химически активны как к одной фазе (в нашем случае это вода), так и к другой - воздуху. Например, группы ОН или СООН будут притягивать­ся к водной среде, а углеводородные - к неполярной. В системе «жидкость-газ» водородные группы выталкиваются из воды. Причем энергия этого выталкива­ния для ПАВ различной природы зависит от многих факторов. В частности, пенообразующая способность растворов на основе щелочных мыл жирных и смоляных кислот сильно зависит от длины углеводородной цепочки. Зави­симость эта не линейна. Она описывается правилом Траубе, которое гласит: в гомологическом ряду кислот их поверхностная активность быстро возрастает с удлинением углеводородной цепи - в 3,2 раза на каждую прибавляющуюся СН2-группу.

(Читатель может меня упрекнуть, дескать, жили столько лет, не зная пра­вила Таубе, - и ничего. Но далее автор постараются доказать, что именно это правило способно четко, исчерпывающе и предельно объективно охарактери­зовать эффективность некоторых наиболее распространенных пенообразовате­лей на основе жирных и смоляных кислот).

Пенообразующая способность растворов ПАВ зависит также от вида кати­она (щелочи, примененной для омыления кислоты), температуры, рН среды. Без учета всех этих факторов трудно получить хороший пенобетон. Еще труд­нее добиться стабильности его характеристик.