4.2.2 Пены

Пены – высококонцентрированные дисперсные системы, состоящие из пузырьков газа, отделенных друг от друга тонкими твердыми или жидкими пленками, т.е. дисперсной фазой является газ, а дисперсионной средой - жидкость или твердое вещество.

Разбавленные дисперсные системы типа г/ж с с концентрацией дисперсной фазы < 0,1 % представляют собой газовые эмульсии.

Важная характеристика пен – кратность, показывает, во сколько раз объем пены V_п превышает объем жидкости V_ж, необходимый для ее формирования:

Если  < 10, то это жидкие пены; 10   100 – полусухие пены;   100 – сухие пены.

Образование устойчивой пены в чистой жидкости невозможно. Наличие пены всегда свидетельствует о присутствии в жидкости посторонних веществ. Пену можно получить только в присутствии стабилизатора – пенообразователя.

Пены, как и другие дисперсные системы являются термодинамически неустойчивыми системами. Их образование сопровождается повышением свободной энергии. Избыточная энергия вызывает самопроизвольные процессы, которые ведут к уменьшению дисперсности и разрушению пены.

Факторы устойчивости пен

1. Факторы, связанные с наличием пенообразователя. В качестве пенообразователей используют коллоидные ПАВ и ВМС. Типичные пенообразователи – спирты, мыла, белки, сапонин. Низкомолекулярные ПАВ, уменьшая поверхностное натяжение, облегчают образование пены, но не придают ей стабильности, пена быстро разрушается. Пенообразователи с длинной молекулярной цепью, адсорбируясь на границе вода-воздух формируют высоковязкую структурированную пленку, препятствующую истечению жидкости из прослоек дисперсионной среды. Пена может существовать длительное время.

2. Факторы, связанные со свойствами дисперсионной среды:

– вязкость: чем больше вязкость среды, тем устойчивее пены;

– рН: максимальное пенообразование обычно наблюдается при РН = 8  9 при использовании в качестве пенообразователей жирных кислот и их щлочных солей.

– наличие в жидкости низкомолекулярных электролитов: в жесткой воде (в присутствии большого количества солей) кратность и устойчивость пен невысока.

3. Факторы, связанные с внешними воздействиями

– температура: чем выше температура, тем ниже устойчивость пен;

– механическое воздействие – сотрясение, ветер – отрицательно влияют на устойчивость пен.

Методы разрушения пен

На практике иногда необходимо исключить пенообразование, как нежелательный процесс. Для разрушения пены применяют механические, физические и химические способы.

Механические способы осуществляют струей воздуха или пара, а также с помощью специальных механических устройств: диспергаторов, крыльчатки, вакуумных устройств.

Физические способы подразделяются на:

– термические (пены разрушаются при нагревании или охлаждении), воздействие перегретым паром;

– акустические (воздействие ультразвука)

– электрические (разрушение под действием электрического поля)

Химические способы основаны на применении пеногасителей. Для пеногасителей характерна специфичность действия: вещества, вызывающие гашение пены в одной среде, малоэффективны в другой. В качестве пеногасителей применяют природные жиры и масла, органические кислоты, кремнийорганические соединения, силиконовые масла, спирты, эфиры.

Широкое распространение получили пеногасители из семейства кремнийорганических ВМС, они устойчивы, химически инертны, дешевы.

Действие пеногасителей заключается в вытеснении пенообразователя с поверхности жидкости или образовании с ним нерастворимых или малорастворимых соединений.

Практическое применение пен

1. Многие пищевые продукты представляют собой пены: хлебобулочные изделия, муссы, коктейли, кремы, зефир.

2. На образовании пены основана пеносушка – сушка с предварительным вспениванием, обеспечивает получение сухих продуктов с тонкой структурой. Используется при производстве сухого картофельного пюре, кофе, порошков для приготовления напитков.

3. Пены применяют в пожаротушении.