De Vries hat Forschungen zur Schaumstabilität in Wasserphasen-Schaumsystemen durchgeführt und die Grundprinzipien und einige Stabilisierungspunkte bei der Bildung von Polyurethanschaum erläutert.
Die Forschung geht davon aus, dass, wenn ein bestimmtes Gasvolumen in einer Volumeneinheit einer flüssigen Phase dispergiert wird, um einen relativ gleichmäßig dispergierten mikrozellulären Schaum zu erzeugen, eine bestimmte freie Energie (ΔF) auf das System aufgebracht werden muss, wie im Folgenden ausgedrückt Formel.
△F=yA
wobei ΔF die freie Energie ist; y ist die Oberflächenspannung; A ist die Gesamtfläche der Blasengrenzfläche.
Da im flüssigen Schaumsystem die Oberfläche der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche immer abnimmt, werden die Blasen in der flüssigen Phase verschmelzen oder zusammenbrechen, wenn dem System nicht genügend freie Energie zugeführt wird. Gemäß dem Prinzip der obigen Formel kann die Zugabe von Substanzen, die die Oberflächenspannung y reduzieren, wie Silikonöl-Tenside, eine größere Gesamtblasengrenzfläche (A) unter denselben Energie-ΔF-Bedingungen erhalten. Daher erleichtert die Zugabe von geeigneten Tensiden die Bildung feinblasiger Dispersionen.
Die Mobay Chemical Company aus den Vereinigten Staaten verwendete eine Hochgeschwindigkeitskamera, um den Bildungsprozess von Polyurethanschaum zu verfolgen und zu beobachten. Beim allmählichen Erhöhen der Viskosität des Materials ändern sich die Form und das Volumen der Blasen mit zunehmender Zeit, und das Volumen der Blasen ändert sich von klein nach groß. Auch die Form entwickelt sich allmählich von einer kugelförmigen zu einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur aus Pentaeder und Hexaeder.
Nach der klassischen Theorie ist beim Schäumprozess der Gasdruck in der Kugelblase größer als der Druck der umgebenden Flüssigkeit; der Gasdruck in der kleinen Blase ist größer als der in der großen Blase, und die Druckdifferenz zwischen ihnen ist Δp und ΔP' repräsentieren.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
wobei y die Oberflächenspannung ist; R der Blasenradius ist; R1 und R2 sind die Radien kleiner bzw. großer Blasen.
Mit der Zeit dehnen sich die kleinen Bläschen aus, diffundieren und verschmelzen mit den größeren Bläschen, wodurch das Gas eine zunehmend größere Form und ein größeres Volumen erhält. Wird der Rezeptur ein Additiv zugesetzt, das die Oberflächenspannung reduziert, hilft es, den Druckunterschied zwischen großen und kleinen Bläschen zu verringern, die Stabilität des Schaums zu verbessern und eine feinzelligere Schaumstruktur zu erzeugen.
Als andere Seite der Gas-Flüssigkeits-Zweiphase ist die Rolle der Flüssigkeit ein weiteres Thema in der Diskussion der Blasenstabilisierung. Es ist unmöglich, stabile Blasen in einer reinen Flüssigkeit zu erhalten, unabhängig von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Um relativ stabile Blasen zu erhalten, müssen die folgenden zwei Bedingungen erfüllt sein:
1. Es gibt mindestens zwei oder mehr Systeme im System;
2. Eine Komponente des Systems kann vorzugsweise an der Oberfläche der Blase adsorbiert werden. Nach der Gibbs-Theorie wird seine Oberflächenspannung durch die Art und Menge der adsorbierten gelösten Stoffe bestimmt.
dy= – ΣΓdμ
In der Formel ist Γ das chemische Potential der Komponente; μ ist der Oberflächenüberschuss des Bauteils.
Gemäß der obigen Beziehung wird im Fall einer bestimmten Menge an gelöstem Stoff die Zunahme des Oberflächenbereichs den Oberflächenüberschuss verringern, und die Zunahme der Oberflächenspannung wird die weitere Ausdehnung des Oberflächenbereichs, d. h. der Blase, behindern Folie wird weiter verdünnt. Daher kann eine Erhöhung der Oberflächenspannung das Dünnerwerden der Blasenwand verhindern und zur Stabilität der Blase beitragen.
Die Flüssigkeit auf dem Blasenwandfilm erzeugt aufgrund der Kapillarwirkung eine Flüssigkeitsdrainage, was einer der Faktoren ist, die die Stabilität der Zelle beeinflussen.
Abbildung 6-2 ist eine vergrößerte Querschnittsmodellansicht des Blasenwandteils.
Da gemäß der Theorie von Laplace und Young der Druck der flüssigen Zellwandmembran bei ① und ② niedriger ist als der Druck an der Wandmembran ③, bewegt sich die Flüssigkeit an der Wandmembran ③ aufgrund des Einflusses gleichzeitig zu ①, ② der Schwerkraft fließt die meiste Flüssigkeit nach ②. Die Menge des Flüssigkeitsstroms ist proportional zum Abstand L zwischen den beiden Enden von ① und ②, das heißt, je größer der Abstand L ist, desto größer ist die Menge des Flüssigkeitsstroms. Als Folge der Flüssigkeitsdispersion wird die Flüssigkeitsfilmwand der Blase dünner, was für die Stabilität der Blase ungünstiger ist. Je größer die Viskosität der Flüssigkeit ist, desto schwieriger ist es, die Flüssigkeit zu dispergieren. Daher wird die Erhöhung der Viskosität der Flüssigkeit zweifellos eine positive Rolle bei der Stabilität des Schaums spielen. Wenn einige Katalysatoren, die die Flüssig-Gel-Reaktion fördern können, dem Flüssigreaktionssystem zugesetzt werden, um die Anstiegsrate der Flüssigkeitsviskosität zu beschleunigen, wird die Fließrate des Flüssigkeitsfilms verringert, was für die Erhöhung der Stabilität des Schaums vorteilhaft ist . Wenn die Temperatur des Materialsystems ansteigt, nimmt auf die gleiche Weise die Viskosität der Flüssigkeit ab, die Oberflächenspannung nimmt ab und die Tendenz der Blasenflüssigkeitswand, dünner zu werden, nimmt zu, was das Aufbrechen der Blasenwand beschleunigt Film.
Zusätzlich gibt es noch einen zweiseitigen elektrischen Effekt bei der Schaumstabilisierung. Beispielsweise werden die ionischen Tenside auf beiden Seiten der Blasenfilmwand aufgrund der Ausdehnung der Blasen innerhalb und außerhalb des Flüssigkeitsfilms eingefangen, wenn der Flüssigkeitsfilm gezogen wird. An der Oberfläche befindet sich eine Ladungsbarriere. Wenn die Wandoberfläche nahe ist, verhindert die Abstoßungskraft der beiden elektrischen Eigenschaften, dass die Blasenfilmwand dünner wird, und die Van-der-Waals-Kraft auf beiden Seiten der Flüssigkeitswand macht den Blasenwandfilm unter der Wirkung gegenseitiger Anziehung dünn . Aber diese Kraft ist relativ schwach.
