De Vries har forsket i skumstabilitet i vandfaseskumsystemer, hvor de har forklaret de grundlæggende principper og nogle stabiliseringspunkter i dannelsen af polyurethanskum.
Forskningen mener, at når en vis volumen gas dispergeres i en enhedsvolumen af flydende fase, for at producere et relativt ensartet dispergeret mikrocellulært skum, skal en vis fri energi (ΔF) påføres systemet, som udtrykt ved følgende formel.
△F=yA
hvor ΔF er den frie energi; y er overfladespændingen; A er det samlede areal af boblegrænsefladen.
Da der i det flydende skumsystem altid er en tendens til, at overfladearealet af gas-væske-grænsefladen falder, vil boblerne i væskefasen smelte sammen eller kollapse, hvis systemet ikke får tilstrækkelig fri energi. Ifølge princippet i ovenstående formel kan tilsætning af stoffer, der reducerer overfladespændingen y, såsom silikoneolieoverfladeaktive stoffer, opnå et større totalt boblegrænsefladeareal (A) under de samme energi-ΔF-betingelser. Derfor letter tilsætning af mennesker. Passende overfladeaktive stoffer letter dannelsen af fine boble dispersioner.
Mobay Chemical Company i USA brugte et højhastighedskamera til at spore og observere dannelsesprocessen af polyurethanskum. I processen med gradvist at øge materialets viskositet vil boblernes form og volumen ændre sig med tidens stigning, og boblernes volumen vil ændre sig fra små til store. Formen udvikler sig også gradvist fra sfærisk til tredimensionel netværksstruktur af pentahedron og hexahedron.
Ifølge den klassiske teori er gastrykket i den sfæriske boble i skumningsprocessen større end trykket af den omgivende væske; gastrykket i den lille boble er større end i den store boble, og trykforskellen mellem dem er △ p og ΔP' repræsenterer.
△p=2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
hvor y er overfladespændingen; R er bobleradius; R1 og R2 er radierne af henholdsvis små og store bobler.
Over tid udvider de små bobler sig, diffunderer og går over i de større bobler, hvilket giver gassen en gradvist større form og volumen. Hvis et tilsætningsstof, der er medvirkende til at reducere overfladespændingen, tilsættes formlen, vil det bidrage til at reducere trykforskellen mellem store og små bobler, forbedre skummets stabilitet og give en skumstruktur med finere celler.
Som den anden side af gas-væske-tofasen er væskens rolle et andet emne i diskussionen om boblestabilisering. Det er umuligt at opnå stabile bobler i en ren væske, uanset væskens overfladespænding. For at opnå relativt stabile bobler skal følgende to betingelser være opfyldt:
1. Der er mindst to eller flere systemer i systemet;
2. En komponent af systemet kan fortrinsvis adsorberes på boblens overflade. Ifølge Gibbs teori bestemmes dens overfladespænding af typen og mængden af adsorberede opløste stoffer.
dy=—ΣΓdμ
I formlen er Γ det kemiske potentiale af komponenten; μ er komponentens overfladeoverskud.
Ifølge ovenstående forhold, i tilfælde af en vis mængde opløst stof, vil stigningen af overfladearealet reducere overfladeoverskuddet, og stigningen af overfladespændingen vil forhindre yderligere udvidelse af overfladearealet, det vil sige boblen filmen vil blive yderligere fortyndet. Derfor kan en forøgelse af overfladespændingen forhindre udtynding af boblevæggen og bidrage til boblens stabilitet.
Væsken på boblevægsfilmen vil producere væskedræning på grund af kapillærvirkning, som er en af de faktorer, der påvirker cellens stabilitet.
Figur 6-2 er en forstørret tværsnitsmodel af boblevægsdelen.
Ifølge Laplace og Youngs teori, da trykket af flydende cellevægsmembran ved ① og ② er lavere end trykket ved vægmembran ③, bevæger væsken ved vægmembran ③ sig til ①, ② to. På samme tid, på grund af påvirkningen af tyngdekraften vil det meste af væsken strømme til ②. Mængden af væskestrøm er proportional med afstanden L mellem de to ender af ① og ②, det vil sige, jo større afstanden L er, desto større er væskestrømmen. Som et resultat af væskedispersion vil boblevæskefilmvæggen blive tyndere, hvilket er mere ugunstigt for boblens stabilitet. Jo større væskens viskositet er, jo sværere er det at sprede væsken. Derfor vil stigningen i væskens viskositet uden tvivl spille en positiv rolle for skummets stabilitet. Hvis nogle katalysatorer, der kan fremme den flydende gel-reaktion, tilsættes til det flydende reaktionssystem for at accelerere stigningshastigheden af væskens viskositet, vil strømningshastigheden af den flydende film blive reduceret, hvilket er gavnligt for at øge stabiliteten af skummet . På samme måde, når materialesystemets temperatur stiger, vil væskens viskositet falde, overfladespændingen falde, og boblevæskevæggens tendens til at blive tyndere vil stige, hvilket vil fremskynde brud på boblevæggen. film.
Derudover er der også en dobbeltsidet elektrisk effekt i skumstabiliseringen. For eksempel vil de ioniske overfladeaktive stoffer på begge sider af boblefilmvæggen, på grund af udvidelsen af boblerne, blive fanget inden i og uden for væskefilmen, når væskefilmen trækkes. Der er en ladningsbarriere på overfladen. Når vægoverfladen er tæt, vil den frastødende kraft af de to elektriske egenskaber forhindre boblefilmvæggen i at blive tyndere, og van der Waals-kraften på begge sider af væskevæggen vil gøre boblevægsfilmen tynd under påvirkning af gensidig tiltrækning . Men denne kraft er relativt svag.
