De Vries는 수상 폼 시스템의 폼 안정성에 대한 연구를 수행하여 폴리 우레탄 폼 형성의 기본 원칙과 안정화 점을 설명했습니다.
이 연구는 특정 부피의 가스가 액상의 단위 부피로 분산 될 때, 상대적으로 균일하게 분산 된 미세 세포 거품을 생산하기 위해서는 다음 공식으로 표현 된 바와 같이 특정 자유 에너지 (ΔF)가 시스템에 적용되어야한다고 믿습니다.
△F = yA
여기서 ΔF는 자유 에너지이고; y는 표면 장력이고; A는 버블 인터페이스의 전체 영역입니다.
액체 폼 시스템에서는 기액 계면의 표면적이 감소하는 경향이 항상 있기 때문에 시스템에 충분한 자유 에너지가 주어지지 않으면 액상의 기포가 병합되거나 붕괴됩니다. 상기 화학식의 원리에 따르면, 실리콘 오일 계면활성제와 같은 표면 장력 y를 감소시키는 물질을 첨가하는 것은 동일한 에너지 ΔF 조건 하에서 더 큰 총 기포 계면 면적(A)을 얻을 수 있다. 따라서, 적절한 계면활성제를 첨가하는 것은 미세버블 분산액의 형성을 촉진한다.
미국의 Mobay Chemical Company는 고속 카메라를 사용하여 폴리 우레탄 폼의 형성 과정을 추적하고 관찰했습니다. 점차적으로 재료의 점도를 증가시키는 과정에서 기포의 모양과 부피는 시간의 증가에 따라 변할 것이며 기포의 부피는 작은 것에서 큰 것으로 바뀔 것입니다. 모양은 또한 오면체와 육면체의 구형에서 입체 네트워크 구조로 점차 진화합니다.
고전 이론에 따르면, 발포 과정에서 구형 기포의 가스 압력은 주변 액체의 압력보다 큽니다. 작은 기포에서의 기체 압력은 큰 기포에서의 압력보다 크고, 이들 사이의 압력 차이는 △p와 ΔP'를 나타낸다.
△p = 2y / R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
여기서 y는 표면 장력; R은 기포 반경이고; R1과 R2는 각각 작은 기포와 큰 기포의 반경이다.
시간이 지남에 따라 작은 거품은 팽창, 확산 및 더 큰 거품으로 병합되어 가스가 점진적으로 더 큰 모양과 부피를 제공합니다. 표면 장력을 줄이는 데 도움이되는 첨가제가 공식에 첨가되면 크고 작은 기포 사이의 압력 차이를 줄이고 거품의 안정성을 향상 시키며 더 미세한 셀로 거품 구조를 생성하는 데 도움이됩니다.
기액 이상의 다른 측면으로서, 액체의 역할은 버블 안정화에 대한 논의에서 또 다른 주제이다. 액체의 표면 장력에 관계없이 순수한 액체에서 안정적인 기포를 얻는 것은 불가능합니다. 비교적 안정적인 기포를 얻으려면 다음 두 가지 조건을 충족해야합니다.
1. 시스템에 적어도 두 개 이상의 시스템이 있습니다.
2. 시스템의 한 구성 요소는 기포의 표면에 우선적으로 흡착 될 수 있습니다. 깁스 이론에 따르면, 표면 장력은 흡착 된 용질의 종류와 양에 의해 결정됩니다.
dy=—ΣΓdμ
화학식에서, Γ은 성분의 화학적 잠재력이다; μ는 표면 성분의 초과이다.
상기 관계에 따르면, 일정량의 용질의 경우, 표면적의 증가는 표면 과잉을 감소시킬 것이고, 표면 장력의 증가는 표면적의 추가 팽창을 방해할 것이고, 즉, 기포 필름은 더욱 얇아질 것이다. 따라서, 표면 장력을 증가시키면 기포 벽의 얇아지는 것을 방지하고 기포의 안정성에 기여할 수 있다.
거품 벽 필름의 액체는 모세관 작용으로 인해 액체 배수를 생성하며, 이는 세포의 안정성에 영향을 미치는 요인 중 하나입니다.
도 6-2는 기포벽부의 확대 단면 모형도이다.
라플라스와 영의 이론에 따르면, (1)과 (2)에서의 액체 세포벽 막의 압력이 벽 멤브레인 (3)에서의 압력보다 낮기 때문에, 벽 멤브레인 (3)에서의 액체는 (1), (2) 2로 이동하면서 동시에 중력의 영향으로 인해 대부분의 액체가 (2)로 흐를 것이다. 액체 흐름의 양은 (1)과 (2)의 두 말단 사이의 거리 L에 비례하며, 즉, 거리 L이 클수록, 액체 흐름의 양이 커진다. 액체 분산의 결과로, 버블 액체 필름 벽은 더 얇아질 것이고, 이는 기포의 안정성에 더 불리하다. 액체의 점도가 클수록 액체를 분산시키는 것이 더 어려워집니다. 따라서, 액체의 점도의 증가는 의심 할 여지없이 발포체의 안정성에 긍정적 인 역할을 할 것입니다. 액체 겔 반응을 촉진시킬 수 있는 일부 촉매가 액체 반응 시스템에 첨가되어 액체 점도의 증가 속도를 가속화하면, 액체 필름의 유속이 감소될 것이고, 이는 발포체의 안정성의 증가에 유익하다. 같은 방식으로, 재료 시스템의 온도가 증가하면 액체의 점도가 감소하고 표면 장력이 감소하며 기포 액체 벽이 얇아지는 경향이 증가하여 기포 벽 필름의 파열이 가속화됩니다.
또한, 발포체 안정화에 양면 전기적 효과도 있다. 예를 들어, 기포 필름 벽의 양면에 있는 이온성 계면활성제는, 기포의 팽창으로 인해, 액체 필름이 당겨질 때 액체 필름 내부 및 외부에 포획될 것이다. 표면에 충전 장벽이 있습니다. 벽 표면이 가까워지면 두 가지 전기 특성의 반발력으로 인해 버블 필름 벽이 얇아지는 것을 방지하고 액체 벽의 양쪽에있는 van der Waals 힘은 상호 인력의 작용으로 버블 벽 필름을 얇게 만듭니다. 그러나이 힘은 상대적으로 약합니다.
