Роль пенообразователей в технологии пенобетонов

· устойчивость пленки из молекул ПАВ на границе газ — жидкость зависит от природы и концентрации ПАВ, тогда как стекание жидкости в межпленочном пространстве зависит от вязкости жидкости;

· устойчивые пленки образуются при достижении предельной адсорбции, причем молекулы ПАВ должны прочно удерживаться на поверхности разде­ла фаз, т. е. не десорбироваться ни в одну из грани­чащих фаз;

· для каждого пенообразователя существует своя оп­тимальная концентрация, при которой достигается эффективная стабилизация пены;

· высокомолекулярные ПАВ адсорбируются пол­ностью необратимо практически на любых межфаз­ных границах, тогда как при адсорбции низкомоле­кулярных ПАВ наблюдается разница равновесных остаточных концентраций на границе раздела фаз и в объеме жидкой фазы в межпоровом пространстве;

· при достижении предельной концентрации в адсорб­ционном слое толщина прослоек между пузырьками достигает удвоенной длины молекулы ПАВ при вы­сокой концентрации ПАВ в объеме;

· толщина пленок может изменяться в зависимости от вида ПАВ от 201010 м до 1000-Ю10 м;

· межфазные слои белков в пенах проявляют себя как жидкость при малых скоростях деформирова­ния и (в течение некоторого времени) как упругие тела — при больших скоростях деформирования;

· межфазные слои низкомолекулярных ПАВ при де­формации проявляют себя в основном как жидкость.

Механизм образования прочных слоев ПАВ на гра­ницах раздела фаз включает процессы адсорбции, ори­ентации, конформационных изменений (особенно для длинных гибких полипептидных цепей), двумерного фазового разделения, перераспределения компонентов между фазами.

В целом для подавляющего большинства пенообразующих составов на основе синтетических низкомоле­кулярных ПАВ характерны типичные рецептуры, вклю­чающие, как правило, следующие компоненты: актив­ную основу (натриевые, аммонийные или триэтаноламиновые соли алкилсульфатов, алкилэтоксисульфатов или олефинсульфонатов); стабилизаторы пены (лауриловый спирт, высшие спирты С12—С14, моноалкилоамиды высших жирных кислот и др.); добавки, улучшаю­щие товарную форму (антифризы, гидротропы). В каче­стве последних обычно используют низшие спирты, гликоли, их эфиры, мочевину. Некоторые составы мо­гут также включать полимерные добавки, ингибиторы коррозии, консерванты [2].

Высокомолекулярные пенообразователи состоят из гидролизованного белка с добавками-стабилизаторами. В качестве сырья для их производства используют остат­ки живых организмов, содержащих белок. К этой группе белков относятся коллаген и протеин, имеющие волок­нистое строение молекул. Первичная структура белков представлена последовательным расположением ами­нокислотных остатков в макромолекулярных (полипептидных) цепях. Аминокислоты - вещества амфотерные. В составе молекулы аминокислот присутствуют в раз­ном количестве в разном положении две группы. Группа —СООН называется карбоксильной и обладает кислот­ными свойствами, группа NH2 называется аминогруппа, которая обладает основным характером.

Протеин может существовать в следующих формах [3]:

в кислом растворе, 2) в щелочном растворе,

1) в изоэлектрической точке

Фрагменты боковых цепей молекул белка, находя­щегося в водном растворе, представлены следующими структурами [4]:

Определяющим фактором длительности процесса ад­сорбции молекул пенообразователей на поверхности раздела фаз является скорость и степень развертывания отдельных участков молекул, которые зависят от длины и строения молекулы, концентрации пенообразователя, рН среды и других факторов. Для синтетических пенооб­разователей скорость адсорбции на поверхности раздела фаз жидкость — газ очень высока, поэтому время дости­жения термодинамического равновесия очень короткое. Для денатурированных белков скорость адсорбции на поверхности раздела фаз ниже, а время достижения тер­модинамического равновесия дольше. Отсюда следует, что из низкомолекулярных ПАВ пена взбивается легко при низких энергозатратах, но устойчивость таких пен невысокая из-за низкой вязкости пленки, образованной гидрофобными концами коротких молекул ПАВ.

Многие исследователи качество пенообразователя оценивают кратностью и устойчивостью чистых пен, не уделяя внимания совместному действию ПАВ и мине­ральных частиц, входящих в состав пеноцементной поризованной смеси. Как показывает практика, необхо­димо рассматривать совместимость ПАВ и цементных частиц в процессе образования пеноцементной смеси. Как указывает П. М. Кругляков [ 1 ], влияние твердой фа­зы на устойчивость наиболее сильно проявляется в том случае, если знак заряда твердой фазы противоположен знаку заряда иона ПАВ.