ПЕНЫ

ПЕНЫ, ячеистые дисперсные системы, представляющие собой совокупность пузырьков газа (пара), разделённых тонкими прослойками жидкости. П. по размеру пузырьков относятся к грубодисперсным системам; размер пузырьков, составляющих дисперсную фазу, лежит в пределах от долей мм до неск. см. Общий объём заключённого в них газа может в сотни раз превосходить объём дисперсионной среды - жидкости, находящейся в прослойках. Отношение объёма П. к объёму жидкой фазы наз. кратностью П. При формировании высокократных П. пузырьки превращаются в многогранные (полиэдрические) ячейки, а жидкие прослойки - в плёнки толщиной неск. сотен, иногда неск. десятков нм. Такие плёнки образуют пространственный каркас, обладающий нек-рой упругостью и прочностью. Поэтому П. имеют свойства структурированных систем (см. Дисперсная структура, Гели). Одна из осн. характеристик П.- устойчивость, определяемая по времени уменьшения на 50% объёма или высоты слоя П., изменению её дисперсности и др. методами.

Образование П., или вспенивание, происходит при диспергировании газа в жидкой среде и во время выделения новой газовой фазы в объёме жидкости. Возникновение устойчивых высокодисперсных П. обусловлено присутствием в жидкости стабилизаторов П., или пенообразователей. Эти вещества облегчают вспенивание и затрудняют отток жидкости (дренаж) из пенных плёнок, препятствуя коалесценции (слиянию) пузырьков. Действуют они так же, как стабилизаторы эмульсий и лиофобных коллоидных систем: снижают поверхностное натяжение и создают адсорбционно-сольватный слой с положительным расклинивающим давлением. В водных средах особенно эффективны мыла, мылоподобные поверхностно-активные вещества и нек-рые растворимые полимеры, образующие на границе жидкости с газом слои с явно выраженными структурно-механич. свойствами (см. также Мономолекулярный слой). Увеличение вязкости дисперсионной среды повышает устойчивость П. Чистые жидкости с низкой вязкостью не образуют П.

Устойчивые и обильные П. с двуокисью углерода в качестве газовой фазы широко используют как средство тушения пожаров. П. для этой цели получают с помощью пенных огнетушителей и разного типа пеногенераторов. Пенную флотацию применяют при обогащении полезных ископаемых. Вспенивание жидких и полужидких продуктов с последующим отверждением полученных П. имеет важное значение в произ-ве мн. пищевых продуктов: хлеба, бисквитов, разнообразных кондитерских изделий, кремов и др. Твёрдые строит. и конструкц. ячеистые материалы (пеностекло, пеношлаки, пенопласты, пористые резины и т. д.) также получают вспениванием первоначально жидких суспензий, расплавов, растворов или полимерных композиций.

Ряд технологических процессов, особенно в химич., текст. и пищ. пром-сти, сопровождается нежелательным ценообразованием. Для разрушения П. (пеногашения) или предупреждения их образования используют противопенные вещества, или пеногасители. Эффективные пеногасители - поверхностно-активные вещества, вытесняющие с поверхности жидкости пенообразователи, но сами не способные обеспечить стабилизацию П. К их числу относятся различные спирты, эфиры, алкиламины. Иногда П. разрушают воздействием высоких температур, механич. путём или просто "отстаиванием".

Лит. см. при ст. Коллоидная химия.

Д. А. Шиц.

дисперсные системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой. П. обычно являются сравнительно грубодисперсными высококонцен-трир системами (разб. системы типа газ жидкость наз. газовыми эмульсиями). Объемное содержание дисперсионной среды обычно характеризуют кратностью П. Котношением объема пены к объему дисперсионной среды. Различают низкократные П. (Кот 3 до неск. десятков) и высокократные (Кдо неск. тысяч). Малоустойчивые (дина-мич.) П существуют лишь при непрерывном смешении газа с пенообразующим р-ром в присут. пенообразователей 1-го рода (по классификации П. А. Ребиндера), напр. низших спиртов и орг. к-т. После прекращения подачи газа такие П. быстро разрушаются. Высокостабильные П. могут существовать в течение мн. минут и даже часов. К пенообразователям 2-го рода, дающим высокостабильные П., относят мыла и синтетич ПАВ.

По способу получения различают конденсационные П., в частности химические, к-рые образуются в результате к.-л. хим. р-ции вследствие выделения газообразных продуктов (так получают большинство П. с твердой дисперсионной средой пенобетоны, пенопласты), и диспергационные, в т ч. барботажные, получаемые при пропускании газа через жидкость. П могут быть также получены с помощью спец. устройств пеногенераторов.

Для П., особенно высокократных, характерна ячеистая пленочно-каналовая структура, в к-рой заполненные газом ячейки разделены топкими пленками. Три пленки, расположенные под углом 120°, сливаются в канал, четыре канала с углом между ними ок. 109° образуют узел (см. рис.). Наиб. типичной формой ячейки в монодисперсной П. является пентагональный додекаэдр (двенадцатигранник с пятиугольными гранями), часто с 1 3 дополнит. гранями; ср. число пленок, окружающих ячейку, обычно близко к 14.В низкократной П. форма ячеек близка к сферической и размер пленок мал.

П. являются типичными лиофобными дисперсными системами (см. Лиофильнсть и лиофобность); они в принципе термодинамически неустойчивы, т. к. в них протекают процессы, ведущие к изменению строения и разрушению П. К таким процессам относят: 1) утоньшение пленок и их послед. разрыв; в результате увеличивается средний размер ячеек при разрыве пленок в объеме П. или уменьшается высота столба (слоя) П., если разрываются пленки, отделяющие поверхностные ячейки П. от внеш. газовой среды; дисперсность П. падает. 2) Диффузионный перенос газа из малых ячеек в более крупные (в полидисперсной П.) или из поверхностных ячеек во внеш. среду; это приводит к исчезновению поверхностных ячеек и уменьшению высоты столба (слоя) П. 3) Отекание дисперсионной среды под действием силы тяжести(синерезис) в высокостабильных П., приводящее к возникновению гидростатически равновесного состояния, в к-ром кратность слоя П. тем больше, чем выше он расположен; в низкократных П. синерезис ведет к возникновению под П. слоя жидкости.

При изучении П. применяют разл. методы дисперсионного анализа: микрофотографирование, совместное измерение электропроводности и капиллярного давления в каналах, определение мех. (упругих) св-в П., наблюдение за кинетикой изменения высоты столба и толщины слоя дисперсионной среды под П., а также исследование разл. св-в П. (скорости растекания, теплопроводности и др.). Важной задачей в разл. технол. процессах, особенно в хим. и микробиол. пром-сти и теплоэнергетике, является предотвращение вспе-нивания жидкостей и разрушение образовавшейся П.; для этого применяют как разл. физ. воздействия на П. (обдува-ние перегретым паром или сухим воздухом, обработка ультразвуком, ионизирующим излучением и др.), так и хим. реагенты. Из последних выделяют в-ва, предотвращающие образование пены (напр., кремнийорг. соединения), и пено-гасители (высшие спирты, олеиновая к-та).

Среди важнейших традиц. областей применения П. флотация, пожаротушение, тепло- и звукоизоляция, произ-во пищ. продуктов; новые направления-пенная сепарация, пылеулавливание и пылеподавление, очистка пов-стей, бурение.

Лит. Перепелкин К. E., Матвеев В. С.. Газовые эмульсии. Л.. 1979; Тихомиров В. К., Пены. Теория и практика их получения и разрушения, изд.. M. 1983; Меркни А. П., Таубе П Р.. Непрочное чудо. M.. 1983: Кругляков П M , Ексерова Д Р.. Пены и пенные пленки. M . 1990.

А В. Перцов.

Ячеистые структурированные дисперсные системы, образованные скоплением пузырей (газа), разделенных тонкими прослойками жидкости. Размер пузырей от долей до нескольких десятков миллиметров, а общий объем газовой фазы может в десятки и сотни раз превышать объем жидкой среды. П. классифицируются в зависимости от их агрегатного состояния (жидкие, гелеобразные и твердеющие) и состава используемых веществ (водовоздушные, водополимерные, водоорганические и т.п.). Для маскировки объектов РВСН используются водовоздушные и водополимерные П.

Физические и химические свойства П. известны давно и широко используются в промышленности: химической и горнодобывающей отраслях, строительстве, пожарном деле и др. Исследования показали, что они могут найти широкое применение в военном деле для маскировки войск и объектов, снижения эффективности ударов высокоточного оружия противника, обездвиживания военной техники и людей, защиты вооружения и военной техники от химического и радиоактивного заражения. Пеноматериалы могут быть использованы в качестве строительных материалов при фортификационном оборудовании районов расположения войск. Для пенной маскировки используется способность пен ослаблять электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне за счет их рассеяния на границе раздела фаз и поглощения. Установлено, что даже пропитка водой пенополиуретановых покрытий резко увеличивает их маскирующие свойства не только в инфракрасном, но и в радиолокационном диапазоне. Добавка в пену пигментов, соответствующих фону, позволяет скрыть объект и в видимом диапазоне волн.

Для создания пен и их нанесения на поверхность образца вооружения, военной техники и местные объекты разработаны пеногенераторы бортовые и пеноустановки, входящие в состав маскировочных комплексов противодействия высокоточному оружию. П. в РВСН используются для решения следующих задач: скрытие демаскирующих признаков боевой и специальной техники, полевых позиций и полевых районов, сооружения боевых стартовых позиций и объектов, которые могут быть использованы как ориентиры или выносные точки прицеливания; искажение формы и отражающих характеристик боевой и специальной техники, создание ложных позиций совместно с другими инженерными средствами; скрытие отдельных участков местности и дорог, подъездов, мостов. В качестве основного средства применения П. в РВСН планируется использовать индивидуальный пеногенератор 15Ц42, работающий от компрессора или реверсива двигателя автомобиля. Возможно использование специальных машин радиационной, химической и биологической защиты для получения пен (АРС-14, 15) при оборудовании их дополнительными устройствами. В этом случае резко возрастают возможности войск по применению П.

Применение П. в комплексе с радиопоглощающими материалами и аэрозолями позволяет осуществлять противодействие практически всем имеющимся техническим средствам разведки и наведения оружия.