Устойчивость пен. Основные характеристики и классификация пен

Основные характеристики и классификация пен

Пены

Применение эмульсий

1. Пищевая промышленность.

Многие пищевые продукты представляют собой эмульсии.

Молоко – эмульсия типа М/В: дисперсная фаза – капли жира, дисперсионная среда – вода с растворенными в ней минеральными веществами, белками, молочным сахаром. Роль стабилизатора играют белки, обволакивающие наружную поверхность жировых капель.

Майонез – концентрированная эмульсия растительного масла. Дисперсионной средой является вода, содержащая яичный желток, уксус, горчицу, специи.

Маргарин – концентрированная эмульсия типа В/М.

В мясной промышленности к эмульсиям относят тонкоизмельченные колбасные фарши: эмульгированные частицы жира являются дисперсной фазой, вода с растворенными в ней белками – дисперсионной средой. Мясной фарш является сложной дисперсной системой.

2. Фармацевтическая промышленность. Многие лекарства готовят в виде эмульсий.

Пены – это ячеистые 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 концентрацией дисперсной фазы < 0,1 % представляют собой газовые эмульсии.

Пены по размеру пузырьков относятся к грубодисперсным системам; размер пузырьков, составляющих дисперсную фазу, лежит в пределах от долей мм до нескольких см. Общий объем заключенного в них газа может в сотни раз превосходить объем дисперсионной среды – жидкости, находящейся в прослойках.

Свойства пен обычно характеризуют следующими параметрами:

1) дисперсностью – распределением пузырьков по размерам, или средним размером пузырьков;

2) стабильностью – временем существования элемента пены (пузырька, пленки) или определенного объема пены; часто она определяется по времени уменьшения на 50 % объема или высоты слоя пены;

3) кратностью b – отношением объема пены V _п к объему жидкой фазы V _ж:

.

При b < 10 – жидкие пены; 10 £ b £ 100 – полусухие пены;
b ³ 100 – сухие пены.

При формировании высокократных пен пузырьки превращаются в многогранные (полиэдрические) ячейки, а жидкие прослойки – в пленки толщиной несколько сотен, иногда несколько десятков нм. Такие пленки образуют пространственный каркас, обладающий некоторой упругостью и прочностью. Поэтому пены имеют свойства структурированных систем.

Пены, как и другие дисперсные системы, термодинамически неустойчивы. Их образование сопровождается повышением свободной энергии. Избыточная энергия вызывает самопроизвольные процессы, которые ведут к уменьшению дисперсности и разрушению 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.В качестве пенообразователей используют коллоидные ПАВ и ВМС. Механизм их действия такой же, как и при стабилизации эмульсий. 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 (рис. 62). Пена может существовать длительное время.

На кратность пены и ее устойчивость также влияют:

– вязкость дисперсионной среды, с увеличением которой повышается устойчивость пены;

– наличие в жидкости низкомолекулярных электролитов, приводящее к снижению кратности и устойчивости пен;

– механическое воздействие (сотрясение, ветер) и высокие температуры отрицательно влияют на устойчивость пен.