Mengapa buih hilang begitu cepat? Kestabilan buih dan kapasiti pembuih

Buih sebagai sistem penyebaran

Buih ialah sistem koloid , khususnya jenis penyebaran tertentu di mana fasa tersebar ialah gas (biasanya udara) dan fasa penyebaran (berterusan) ialah cecair atau pepejal.

Apabila gelembung gas digantung dalam cecair, bahan yang ringan, gebu dan mudah dibentuk terbentuk. Dalam kebanyakan kes, jenis buih ini adalah sementara dan kembali kepada keadaan cecair asalnya dari semasa ke semasa. Walau bagaimanapun, jika penstabil ditambah kepada cecair, ia boleh kekal dalam keadaan berbuih untuk lebih lama.

Apabila gelembung gas digantung dalam pepejal, bahan yang ringan, seperti span atau tegar terbentuk, yang boleh dibentuk dengan mudah menjadi pelbagai bentuk mengikut keperluan.

Bagaimanakah buih terbentuk?

Pembentukan buih dalam cecair merupakan proses fizikokimia yang agak kompleks dan melibatkan beberapa peringkat:

1. Yang pertama ialah penggunaan tenaga mekanikal luaran untuk memaksa gelembung gas masuk ke dalam fasa penyebaran cecair. Ini boleh dicapai, contohnya, melalui pencampuran, pengudaraan atau perubahan tekanan secara tiba-tiba. Perlu diingatkan bahawa tenaga yang diperlukan untuk menghasilkan buih adalah berkadar songsang dengan tegangan permukaan cecair.
2. Seterusnya, perbezaan ketumpatan antara cecair dan gelembung gas yang terhasil menyebabkannya bergerak ke arah permukaan fasa penyebaran.
3. Peringkat terakhir melibatkan pembentukan apa yang dipanggil lamela. Disebabkan ini, gelembung gas yang terkumpul di permukaan tidak akan bergabung. Lamela ialah filem cecair yang sangat nipis yang terperangkap di antara dua lapisan bahan aktif permukaan yang ditambah ke dalam sistem, seperti surfaktan.

Apakah yang menentukan kestabilan busa?

Buih ialah sistem yang tidak stabil secara termodinamik, dan peringkat terakhir ialah pecahnya gelembung berikutan pengurangan jumlah luas permukaan cecair dalam sistem, yang mengakibatkan penurunan tenaga bebas.

Beberapa faktor mempengaruhi kestabilan buih:

Tegangan permukaan. Dari perspektif tenaga, tegangan permukaan yang rendah adalah lebih baik untuk pembentukan buih, tetapi tidak menjamin kestabilannya. Apabila tegangan permukaan rendah, perbezaan tekanan adalah kecil, halaju aliran keluar berkurangan, dan lapisan cecair menjadi lebih nipis, yang menggalakkan kestabilan buih.

Kelikatan permukaan. Faktor utama yang menentukan kestabilan buih ialah kekuatan lapisan cecair, yang terutamanya ditentukan oleh kekompakan lapisan penjerapan pada permukaan, diukur oleh kelikatan permukaan.

Resap gas melalui lapisan cecair. Disebabkan oleh kehadiran tekanan kapilari, tekanan dalam buih kecil dalam buih adalah lebih tinggi daripada tekanan dalam buih besar. Ini menyebabkan gas meresap melalui lapisan cecair. Akibatnya, buih buih kecil mengecut dan buih akhirnya runtuh.

Kehadiran surfaktan. Disebabkan struktur amfifiliknya, yang menentukan susunan terkoordinasinya di angkasa, ia menstabilkan dinding gelembung buih dan menggalakkan pembentukan gelembung baharu.

Sifat pembuih surfaktan

Pembentukan buih yang stabil dalam cecair tulen terhalang dengan ketara. Untuk mencapai matlamat ini, bahan aktif permukaan, yang dikenali sebagai surfaktan , digunakan.

Surfaktan boleh memudahkan pembentukan dan penstabilan buih melalui beberapa mekanisme:

• Pengurangan tegangan permukaan: Surfaktan mengurangkan tegangan permukaan fasa cecair, memudahkan perangkap dan penyebaran gelembung gas dalam cecair, yang menyebabkan pembentukan buih,
• Pembentukan filem antara muka: Molekul surfaktan menjerap pada antara muka gas-cecair, membentuk filem kohesif dan viskoelastik yang mengelilingi gelembung gas, menghalang penyatuannya dan menstabilkan buih,
• Keanjalan dilatasi: Filem antara muka yang dibentuk oleh surfaktan mempamerkan keanjalan dilatasi, yang membolehkannya mencegah ubah bentuk dan pecah, seterusnya meningkatkan kestabilan buih,
• Penstabilan elektrostatik dan sterik: Surfaktan ionik boleh menyebabkan tolakan elektrostatik antara gelembung gas, manakala surfaktan bukan ionik boleh memberikan penstabilan sterik dengan membentuk lapisan pelindung di sekeliling gelembung.

Perlu diingat bahawa tidak semua surfaktan akan menunjukkan keupayaan pembuih yang sama. Ini bergantung kepada pelbagai faktor, termasuk, di atas semua, kepekatan surfaktan, struktur molekulnya, suhu dan kekuatan ionik sistem.

Kepentingan busa dalam aplikasi perindustrian

Dalam industri, buih merupakan alat teknologi yang berkuasa yang – bergantung pada sektornya – sama ada pembawa bahan aktif yang diingini atau masalah kritikal yang menghalang pengeluaran.

Buih amat diperlukan dalam produk penjagaan diri . Syampu, gel mandian dan pembersih muka sangat bergantung pada tindakan pembuih yang disediakan oleh surfaktan. Buih yang dihasilkan membantu dalam pengedaran produk yang berkesan, meningkatkan keselesaan pengguna dan membantu menghilangkan kotoran dari kulit dan rambut.

Pembuih juga bermanfaat dalam industri makanan . Agen pembuih, termasuk surfaktan, digunakan dalam pengeluaran krim putar, mousse dan buih lain. Buih ini mempengaruhi tekstur dan rasa pelbagai produk makanan. Surfaktan gred makanan, seperti lesitin, biasanya digunakan dalam aplikasi ini.

Buih juga merupakan komponen utamabuih pemadam kebakaran , yang digunakan untuk memadamkan atau mencegah kebakaran. Buih ini mewujudkan penghalang antara bahan api dan oksigen, sekali gus memadamkan api. Surfaktan yang digunakan dalam busa ini mesti menghasilkan busa yang stabil dan tahan lama yang boleh meliputi kawasan yang luas.

Sebaliknya, pembuih yang tinggi adalah fenomena yang tidak diingini dalam industri pulpa dan kertas . Gelembung udara yang terperangkap dalam pulpa kertas menyebabkan ‘lubang kecil’ dan lubang pada helaian kertas yang telah siap, yang secara drastik mengurangkan kekuatan dan kualiti cetakannya.

Busa juga tidak diingini dalam sektor pembersihan mesin tertentu, terutamanya dalam kes peralatan yang dibersihkan dalam sistem gelung tertutup. Buih boleh dimampatkan, jadi jika ia memasuki, contohnya, pam, ia menyebabkan apa yang dipanggil ‘perangkapan udara’ (peronggaan) dan penurunan tekanan pembersihan, yang boleh menyebabkan kegagalan komponen individu