На ее наиболее базовом уровне пена – связка пузырей, хлюпавших вместе. Жидкая пена, состояние вещества, которое является результатом крошечных газовых пузырей, рассеянных в жидкости, знакома в повседневной жизни от пива до воды в ванне. Они также важны в коммерческих продуктах и процессах, включая фармацевтическую формулировку, нефтедобычу, пищевую промышленность, чистящие средства, косметику или продукты ухода за волосами и ухода за кожей. Легкая сухая пена для строительства зданий, автомобилей и самолетов – ключевые материалы в стремлении к устойчивости и энергоэффективности.
У создания легкой пены есть одна сложная задача, однако, сохраняя стабильность пены.Команда исследователей из Технологического института штата Джорджия развивала новый тип пены – названный капиллярной пеной – который решает многие проблемы, с которыми стоит традиционная пена.
Новое исследование показывает впервые, что объединенное присутствие частиц и небольшое количество нефти в основанной на воде пене могут привести к исключительной стабильности пены, когда ни частицы, ни масленка не стабилизируют одной только пены.«Очень трудно стабилизировать пену, и мы хотим пену, которая стабильна в течение многих месяцев или лет», сказал Свен Беренс, соавтор исследования и преподаватель в Школе Химической и Биомолекулярной Разработки в Технологическом институте Джорджии. «Мы развивали способ сделать пену, который намного легче и более широко применим это, что традиционно используется».Исследование спонсировалось Национальным научным фондом (NSF).
Исследование было издано онлайн 3 октября 2014 в журнале Angewandte Chemie. Новая капиллярная пена была развита аспирантом И Чжаном, который является co-advised Беренсом и Карсоном Мередитом, также преподавателем в Школе Химической и Биомолекулярной Разработки.
Главные ингредиенты для пены – воздух и вода. Сурфактанты, которые подобны моющим средствам, тогда традиционно добавлены, чтобы стабилизировать пену. Другой традиционный способ стабилизировать пену состоит в том, чтобы добавить микроскопические частицы, как порошок талька. Оба подхода требуют, чтобы у добавки был определенный набор свойств, который не всегда возможен с доступными материалами.
Новое исследование демонстрирует, как добавление крошечного количества нефти позволяет использование частиц с более общими свойствами.«Это кажется, что мы делаем систему более сложной, добавляя нефть к соединению, но это – небольшое количество нефти, которая могла быть чем-то столь же простым как растительное масло», сказал Мередит.
Новая капиллярная пена расширяет ряд частиц, полезных для стабилизации пены, которая сделана из воздуха и воды. Пузырьки воздуха стабилизированы совместным действием частиц и небольшим количеством нефти. Эти совместные действия нефти и макрочастицы парадоксальны, потому что масла обычно уменьшают стабильность пены и обычно используются в качестве удаления пены с агентов.
Но как соединенные водой зерна песка, которые скрепляют замок из песка, частицы в капиллярной пене формируют стабилизирующуюся сеть, связанную нефтяными мостами.«Это – новое явление, которое люди не обсудили прежде, таким образом, мы должны знать больше о том, почему это работает», сказал Мередит.Легкая сухая пена, сделанная этим процессом, могла использоваться во многих отраслях промышленности от строительства до производства автомобилей и самолетов.«Мы смотрим на несколько различных прикладных областей, где это могло использоваться в качестве продукта», сказал Беренс.
Это исследование поддержано Возобновляемым Институтом биопродуктов Технологического института Джорджии, Национальным научным фондом (награждает CBET-1134398 и CBET-1160138), и Офисом Военно-воздушных сил Научного исследования под премией номер FA9550 10 1 0555. Любые заключения или мнения – те из авторов и не обязательно представляют официальные взгляды агентств по поддержке.