Пена – это вещество, образованное путем улавливания пузырьков воздуха или газа внутри твердого тела или жидкости. Обычно объем газа намного больше, чем объем жидкости или твердого вещества, с тонкими пленками, разделяющими газовые карманы.
Другое определение пены – это пузырьковая жидкость. особенно если пузыри или пена нежелательны. Пена может препятствовать потоку жидкости и блокировать газообмен с воздухом. В жидкость могут быть добавлены пеногасители для предотвращения образования пузырьков.
Термин пена может также относиться к другим явлениям, которые напоминают пену, например поролон и квантовая пена.
Как образуется пена
Для образования пены должны быть выполнены три требования. Для увеличения площади поверхности необходимы механические работы. Это может происходить путем перемешивания, диспергирования большого объема газа в жидкости или нагнетания газа в жидкость. Второе требование – присутствие поверхностно-активных веществ или поверхностно-активных компонентов для уменьшения поверхностного натяжения. Наконец, пена должна образовываться быстрее, чем разрушаться.
Пена может быть по природе с открытыми или закрытыми порами. Поры соединяют газовые области в пенопластах с открытыми порами, в то время как пены с закрытыми порами имеют закрытые ячейки. Расположение ячеек обычно неупорядочено, с пузырьками разного размера. Ячейки имеют минимальную площадь поверхности, образуя соты или мозаику.
Пена стабилизируется эффектом Марангони и силами Ван-дер-Ваальса. Эффект Марангони – это массоперенос вдоль границы раздела жидкостей из-за градиента поверхностного натяжения. В пеноматериалах эффект восстанавливает ламели (сеть взаимосвязанных пленок). Силы Ван-дер-Ваальса образуют двойные электрические слои, когда присутствуют диполярные поверхностно-активные вещества.
Пены дестабилизируются, когда через них поднимаются пузырьки газа. Кроме того, сила тяжести тянет жидкость вниз в пене жидкость-газ. Осмотическое давление опорожняет ламели из-за разницы в концентрации по всей структуре. Давление Лапласа и расклинивающее давление также действуют на дестабилизацию пены.
Примеры пены
Примеры пены, образованной газами в жидкостях, включают взбитые сливки, огнезащитная пена и мыльные пузыри. Поднимающееся хлебное тесто можно считать полутвердой пеной. К твердым пеноматериалам относятся сухая древесина, пенополистирол, пенопласт с эффектом памяти и пеноматериал (например, для ковриков для кемпинга и йоги). Также можно сделать пену из металла.
Использование пены
Пузырьки и пена для ванн – забавное использование пены, но у него также много практических применений.
- Огнестойкая пена используется для тушения пожаров.
- Твердый пены могут использоваться для создания прочных, но легких материалов.
- Твердые пены являются отличными теплоизоляторами.
- Твердые пены используются для изготовления флотационных устройств.
- Поскольку твердые пены легкие и сжимаемые, они являются отличным набивочным и упаковочным материалом..
- Пенопласт с закрытыми ячейками, называемый синтаксической пеной, состоит из полых частиц в матрице. Этот тип пены используется для изготовления смол с памятью формы. Синтаксические пены также используются в космосе и морских исследованиях.
- Самоклеящаяся или цельная пена для кожи состоит из плотной пленки с сердцевиной меньшей плотности. Этот тип пены используется для изготовления подошв обуви, матрасов и детских сидений.