De Vries е направил изследвания върху стабилността на пяната в системите от пяна във водна фаза, излагайки основните принципи и някои точки на стабилизиране при образуването на полиуретанова пяна.
Изследването вярва, че когато определен обем газ е диспергиран в единица обем течна фаза, за да се получи относително равномерно диспергирана микроклетъчна пяна, определена свободна енергия (ΔF) трябва да бъде приложена към системата, както се изразява чрез следното формула.
△F=yA
където ΔF е свободната енергия; y е повърхностното напрежение; A е общата площ на интерфейса на балончето.
Тъй като в системата с течна пяна винаги има тенденция повърхностната площ на интерфейса газ-течност да намалява, ако на системата не се даде достатъчно свободна енергия, мехурчетата в течната фаза ще се слеят или колапсират. Съгласно принципа на горната формула, добавянето на вещества, които намаляват повърхностното напрежение y, като повърхностно активни вещества от силиконово масло, може да получи по-голяма обща повърхност на мехурчетата (A) при същите енергийни ΔF условия. Ето защо, добавяне на хора. Подходящите повърхностноактивни вещества улесняват образуването на фини мехурни дисперсии.
Mobay Chemical Company от Съединените щати използва високоскоростна камера за проследяване и наблюдение на процеса на образуване на полиуретанова пяна. В процеса на постепенно увеличаване на вискозитета на материала, формата и обема на мехурчетата ще се променят с увеличаване на времето, а обемът на мехурчетата ще се промени от малък към голям. Формата също така постепенно се развива от сферична към триизмерна мрежова структура от пентаедър и хексаедър.
Според класическата теория в процеса на разпенване налягането на газа в сферичния мехур е по-голямо от налягането на околната течност; налягането на газа в малкия мехур е по-голямо от това в големия балон, а разликата в налягането между тях е △ p и ΔP' представляват.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
където y е повърхностното напрежение; R е радиусът на балона; R1 и R2 са съответно радиусите на малки и големи мехурчета.
С течение на времето малките мехурчета се разширяват, дифундират и се сливат в по-големите мехурчета, придавайки на газа прогресивно по-голяма форма и обем. Ако към формулата се добави добавка, която е благоприятна за намаляване на повърхностното напрежение, това ще помогне за намаляване на разликата в налягането между големи и малки мехурчета, ще подобри стабилността на пяната и ще създаде структура на пяна с по-фини клетки.
Като другата страна на двуфазния газ-течност, ролята на течността е друга тема в дискусията за стабилизирането на мехурчетата. Невъзможно е да се получат стабилни мехурчета в чиста течност, независимо от повърхностното напрежение на течността. За да се получат относително стабилни мехурчета, трябва да бъдат изпълнени следните две условия:
1. В системата има поне две или повече системи;
2. Един компонент на системата може да бъде преференциално адсорбиран върху повърхността на балона. Според теорията на Гибс, повърхностното му напрежение се определя от вида и количеството на адсорбираните разтворени вещества.
dy=—ΣΓdμ
Във формулата Γ е химическият потенциал на компонента; μ е повърхностният излишък на компонента.
Съгласно горната зависимост, в случай на определено количество разтворено вещество, увеличаването на повърхностната площ ще намали излишъка на повърхността, а увеличаването на повърхностното напрежение ще попречи на по-нататъшното разширяване на повърхностната площ, т.е. на мехурчето филмът ще бъде допълнително изтънен. Следователно, увеличаването на повърхностното напрежение може да предотврати изтъняването на стената на балона и да допринесе за стабилността на балона.
Течността върху филма на стената на мехурчетата ще доведе до дренаж на течността поради капилярно действие, което е един от факторите, влияещи върху стабилността на клетката.
Фигура 6-2 е увеличен модел на напречно сечение на частта на стената с мехурчета.
Според теорията на Лаплас и Йънг, тъй като налягането на мембраната на течната клетъчна стена при ① и ② е по-ниско от налягането на стенната мембрана ③, течността при мембраната на стената ③ се премества до ①, ② две Едновременно, поради влиянието от гравитацията, по-голямата част от течността ще потече към ②. Количеството на потока на течността е пропорционално на разстоянието L между двата края на ① и ②, тоест колкото по-голямо е разстоянието L, толкова по-голямо е количеството на потока на течността. В резултат на дисперсията на течността стената на течния филм на мехурчетата ще стане по-тънка, което е по-неблагоприятно за стабилността на балона. Колкото по-голям е вискозитетът на течността, толкова по-трудно е да се разпръсне течността. Следователно увеличаването на вискозитета на течността несъмнено ще играе положителна роля за стабилността на пяната. Ако някои катализатори, които могат да стимулират реакцията на течен гел, се добавят към течната реакционна система, за да се ускори скоростта на увеличаване на вискозитета на течността, скоростта на потока на течния филм ще бъде намалена, което е от полза за увеличаване на стабилността на пяната . По същия начин, когато температурата на материалната система се повиши, вискозитетът на течността ще намалее, повърхностното напрежение ще намалее и тенденцията на течната стена на мехурчетата към изтъняване ще се увеличи, което ще ускори разкъсването на стената на мехурчетата филм.
Освен това има и двустранен електрически ефект при стабилизирането на пяната. Например, йонните повърхностноактивни вещества от двете страни на стената на мехуричния филм, поради разширяването на мехурчетата, ще бъдат уловени вътре и извън течния филм, когато течният филм бъде изтеглен. На повърхността има зарядна бариера. Когато повърхността на стената е близо, силата на отблъскване на двете електрически свойства ще предотврати изтъняването на стената на мехурния филм, а силата на Ван дер Ваалс от двете страни на стената на течността ще направи филма на стената на мехурчетата тънък под действието на взаимно привличане . Но тази сила е сравнително слаба.
