На самом базовом уровне пена — это связка сплюснутых пузырьков. Жидкая пена — состояние вещества, которое возникает из крошечных пузырьков газа, диспергированных в жидкости, знакомо в повседневной жизни, от пива до воды в ванне. Они также важны в коммерческих продуктах и процессах, включая фармацевтические препараты, производство масла, пищевую промышленность, чистящие средства, косметику или средства по уходу за волосами и кожей.
Легкие сухие пены для строительства зданий, автомобилей и самолетов являются ключевыми материалами в стремлении к экологичности и энергоэффективности. Однако создание легкого пенопласта связано с одной большой проблемой — сохранить пену стабильной.
Группа исследователей из Технологического института Джорджии разработала новый тип пены, называемый капиллярной пеной, который решает многие проблемы, с которыми сталкиваются традиционные пены. Новое исследование впервые показывает, что совместное присутствие частиц и небольшого количества масла в пенах на водной основе может привести к исключительной стабильности пены, когда ни частицы, ни масло не могут стабилизировать пену в одиночку.«Стабилизировать пену очень сложно, и мы хотим, чтобы пена была стабильной в течение месяцев или лет», — сказал Свен Беренс, соавтор исследования и профессор Школы химической и биомолекулярной инженерии Технологического института Джорджии. «Мы разработали способ производства пеноматериалов, который намного проще и более широко применим, чем то, что традиционно используется».Исследование спонсировалось Национальным научным фондом (NSF).
Исследование было опубликовано 3 октября 2014 года в журнале Angewandte Chemie. Новые капиллярные пены были разработаны аспирантом И Чжаном, которого совместно консультируют Беренс и Карсон Мередит, также профессор Школы химической и биомолекулярной инженерии.
Основные ингредиенты для пены — это воздух и вода. Затем для стабилизации пены обычно добавляют поверхностно-активные вещества, похожие на моющие средства. Другой традиционный способ стабилизации пены — это добавление микроскопических частиц, например, талька. Оба подхода требуют, чтобы добавка имела определенный набор свойств, что не всегда возможно с доступными материалами.
Новое исследование демонстрирует, как добавление небольшого количества масла позволяет использовать частицы с более общими свойствами.«Похоже, мы усложняем систему, добавляя масло в смесь, но это небольшое количество масла, которое может быть чем-то таким же простым, как растительное масло», — сказал Мередит.Новые капиллярные пены расширяют диапазон частиц, пригодных для стабилизации пены, состоящей из воздуха и воды. Пузырьки воздуха стабилизируются совместным действием частиц и небольшого количества масла.
Такой синергизм масла и твердых частиц противоречит здравому смыслу, поскольку масла обычно снижают стабильность пены и обычно используются в качестве пеногасителей. Но, как песчинки с водными мостиками, которые скрепляют замок из песка, частицы капиллярной пены образуют стабилизирующую сеть, соединенную масляными мостиками.«Это новый феномен, который люди раньше не обсуждали, поэтому нам нужно больше знать, почему это работает», — сказала Мередит.Легкие сухие пены, полученные с помощью этого процесса, могут использоваться во многих отраслях промышленности, от строительства до автомобилестроения и производства самолетов.
«Мы рассматриваем несколько различных областей применения, в которых его можно было бы использовать в качестве продукта», — сказал Беренс.Это исследование поддерживается Институтом возобновляемых биопродуктов Технологического института Джорджии, Национальным научным фондом (награды CBET-1134398 и CBET-1160138) и Управлением научных исследований ВВС США под номером FA9550-10-1-0555.
Любые выводы или мнения принадлежат авторам и не обязательно отражают официальную точку зрения спонсирующих агентств.