Научная статья на тему 'Пены и эмульсии, стабилизированные различными коллоидными частицами'

Пены и эмульсии, стабилизированные различными коллоидными частицами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
601
94
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЕНЫ / ЭМУЛЬСИИ / ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ / УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕН И ЭМУЛЬСИЙ / FOAMS / EMULSIONS / SOLID PARTICLES / FOAM AND EMULSION STABILITY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Вилкова Н.Г., Нуштаева А.В.

Приведены результаты исследования пен и эмульсий, стабилизированных твердыми частицами коллоидного кремнезема SiO2, модифицированного гексиламином, или частицами гидроксида алюминия, полученного выщелачиванием солей алюминия и модифицированного органическими кислотами (масляной или стеариновой). Устойчивость определяли методом приложенного перепада давления. Пены, стабилизированные Al(OH)3, сохраняли устойчивость при большей (по сравнению с SiO2) степени гидрофобизации твердых частиц. Высокая устойчивость пен соответствовала краевому углу 45°, снижению межфазного натяжения вода-газ и повышению напряжения сдвига исходных суспензий. В отличие от пен, устойчивые эмульсии получены при малой концентрации твердых частиц. Экспериментально найдено отношение концентраций стеариновой кислоты в масле и хлорида алюминия в воде, которое обеспечивает формирование эмульсий прямого или обратного типа.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Вилкова Н.Г., Нуштаева А.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FOAMS AND EMULSIONS STABILIZED BY VARIOUS COLLOIDAL PARTICLES

The results of a study of foams and emulsions stabilized by solid particles are presented in the paper. Colloidal silica modified by hexylamine and aluminum hydroxide obtained by leaching aluminum salts and modified by organic acids (stearic or butane) were used as solid stabilizers. The emulsions were formed by stirring the oil solution of stearic acid and the aqueous dispersion of aluminum hydroxide obtained from aluminum chloride solution with adding sodium hydroxide up рН 6.5-7.5. The foams were foamed with adding butane acid to aluminum sulfate solution and further change pН to 4.8-5 with NaOH or by stirring Ludox-HS with adding hexylamine. The foam/emulsion stability was determined by Pressure Drop Technique (PDT). The foams stabilized by hydrophobized aluminum hydroxide remained stable at the higher hydrophobicity degree (compared to modified silica). Comparison of obtained and published data revealed that the high stability of the foam was corresponded to the contact angle 45°, the water-air interfacial tension decrease and the suspension shear stress increase. The stable emulsions were obtained at the lower concentration of the solid particles unlike the foams. The ratio of the concentration of stearic acid in oil and aluminum chloride in water leading to the direct or reverse emulsion formation was found experimentally.

Текст научной работы на тему «Пены и эмульсии, стабилизированные различными коллоидными частицами»

УДК 544.773

ПЕНЫ И ЭМУЛЬСИИ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ РАЗЛИЧНЫМИ КОЛЛОИДНЫМИ ЧАСТИЦАМИ

© Н. Г. Вилкова*, А. В. Нуштаева

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства Россия, 440028 г. Пенза, ул. Германа Титова, 28.

Тел.: +7 (8412) 42 05 02. *email: kpyotr10@pguas.ru.

Приведены результаты исследования пен и эмульсий, стабилизированных твердыми частицами коллоидного кремнезема SiO2, модифицированного гексиламином, или частицами гид-роксида алюминия, полученного выщелачиванием солей алюминия и модифицированного органическими кислотами (масляной или стеариновой). Устойчивость определяли методом приложенного перепада давления. Пены, стабилизированные Al(OH)3, сохраняли устойчивость при большей (по сравнению с SiO2) степени гидрофобизации твердых частиц. Высокая устойчивость пен соответствовала краевому углу 45°, снижению межфазного натяжения вода-газ и повышению напряжения сдвига исходных суспензий. В отличие от пен, устойчивые эмульсии получены при малой концентрации твердых частиц. Экспериментально найдено отношение концентраций стеариновой кислоты в масле и хлорида алюминия в воде, которое обеспечивает формирование эмульсий прямого или обратного типа.

Ключевые слова: пены, эмульсии, твердые частицы, устойчивость пен и эмульсий.

Введение

Интенсивное исследование пен и эмульсий, стабилизированных твердыми частицами, в настоящее время обусловлено возможностью их технологических приложений: пищевая, фармацевтическая, косметическая промышленности, получение новых материалов. Причинами, которые вызывают высокую устойчивость таких систем, являются [1-10]: снижение межфазной (вода-масло, вода-газ) поверхностной энергии в результате выхода гидрофобизованных частиц на границу раздела фаз; адсорбция частиц и образование плотного межфазного слоя на поверхности пузырей или капель; капиллярное давление в пленке, стабилизированной твердыми частицами; стериче-ское или электростатическое отталкивание между адсорбционными слоями; механическая прочность и реологические свойства структуры, образуемой твердыми частицами в дисперсионной среде.

Твердыми стабилизаторами указанных дисперсных систем являются многие нерастворимые ни в воде, ни в органических жидкостях вещества: частицы глины, уголь, кремнезем, стекло, оксиды, гид-роксиды и нерастворимые соли многих металлов, натуральных стабилизаторов (гидрофобизованная целлюлоза, гранулы крахмала, яичный порошок, кристаллы жира [11]). Многие твердые стабилизаторы безопасны для окружающей среды, малотоксичны, биоразлагаемы и позволяют снизить расход синтетических ПАВ, необходимый для стабилизации дисперсных систем.

Материалы и методы исследования

Материалы. В качестве частиц твердого стабилизатора использовались: 1) кремнезем Ludox Ж-40, модифицированный гексиламином; 2) гидроксид

алюминия, модифицированный масляной кислотой или стеариновой кислотой.

Дисперсию А1(ОН)3 получали методом выщелачивания раствора соли алюминия (А1С13 или Al2(SO4)з) при добавлении NaOH. Растворы ЛЮЬ и Al2(SO4)з в воде имеют кислую реакцию, а при добавлении щелочи до рН 5-7.5 образуется золь гид-роксида алюминия [12, 13]. Для модификации (увеличения гидрофобности) частиц применяли масло-растворимую стеариновую кислоту Cl7Hз5COOH (СК) в случае эмульсий или водорастворимую масляную кислоту CHз(CH2)2COOH (МК) в случае пен. Молекулы кислот химически адсорбируются на поверхности А1(ОН)3, образуя поверхностный слой нерастворимого стеарата или бутирата алюминия.

Получение эмульсий. Эмульсии получали встряхиванием водной суспензии Al(OH)3, получаемой из раствора ЛЮЬ с добавлением NaOH до рН 6.5-7.5, и раствора стеариновой кислоты в масле при добавлении по каплям дисперсной фазы до объемной доли масла 0оц = 0.5. В качестве фазы масла использовались смесь декана с тетрахлоридом углерода или дизельное топливо.

Получение пен. Пены получали при добавлении масляной кислоты к раствору сульфата алюминия и дальнейшем изменении pН до 4.8-5 двумолярным раствором гидроксида натрия. Пены, стабилизированные кремнеземом, получали встряхиванием золя Ludox с добавлением гексиламина.

Устойчивость слоев пены, толщиной несколько миллиметров, характеризовала площадь слоя (в%), которая сохранялась через 30 минут при действии приложенного перепада давления. Устойчивость объемной пены характеризовали временем разрушения столба пены.

Метод приложенного перепада давлений. Метод приложенного перепада давлений - Pressure Drop Technique (PDT) - был разработан специально для пен и эмульсий [14]. Суть метода состоит в том, что эмульсию (или пену) помещают на пористый фильтр (в данной работе ПОР 1.4 для эмульсий и ПОР 16 для пен), смоченный дисперсионной средой. Под фильтром создают пониженное давление Рп с помощью вакуумного насоса. Приложенный перепад давлений составляет:

АР ^атм-Рп

где Ратм - атмосферное давление.

Под действием АР происходит течение дисперсионной среды, в результате чего в эмульсии (пене) устанавливается капиллярное давление Pc, в равновесии равное Рп [14, 15].

Определение краевого угла. Угол смачивания твердых частиц водной фазой измеряли методом прижатого пузырька воздуха к модифицированной твердой пластине [12].

Результаты и их обсуждение

Пены. В табл. 1 представлена зависимость устойчивости слоев пены, толщиной 2 мм, стабилизированных гидрофобизованным гидроксидом алюминия, при изменении концентрации стабилизатора - масляной кислоты. Здесь Смк - концентрация масляной кислоты, Cals - концентрация Ab(S04)3.

Как видно из табл. 1, устойчивость пенного слоя возрастает по мере увеличения степени гидро-фобизации частиц Cmk/Cal от 0.13 до 0.76 при одинаковом (3%) массовом содержании твердого стабилизатора в исходной суспензии. Наиболее устойчивые пены получены из суспензий составов 3% Al2(S04)3 и добавками масляной кислоты в количестве 284 ммоль/л и 398 ммоль/л; Cmk/Cal = 0.54 и 0.76 (через 30 минут сохраняется 85% и 90% пенного слоя соответственно). Наименее устойчивые

пены получены из суспензии состава: 3% А12(8О4)3 + 0.6%МК при степени гидрофобизации частиц, соответствующей отношению СМК/САь =0.13. В этом случае через 30 минут сохраняется только 20% площади пенного слоя.

Зависимость между степенью гидрофобизации твердой поверхности, краевым углом и устойчивостью объемных пен, стабилизированных кремнеземом изучалась в работах [6-10, 12, 16]. Малая устойчивость пен, полученных из золей кремнезема лю-докс, наблюдалась при малых краевых углах частиц (не более 45°). В частности, время жизни тонкого слоя пены, полученного из 20% золя людокс при краевых углах 9 = 39 и 42° не превышало трех минут.

В табл. 2 представлена зависимость устойчивости объемных пен с высотой столба Н = 1-2 см, стабилизированных модифицированным золем Ьи-^х, от концентрации твердой фазы и гидрофобиза-тора. Пены, стабилизированные гидрофобизован-ным кремнеземом, с концентрацией твердой фазы 20% и 2% были неустойчивы и быстро послойно разрушались при действии приложенного перепада давления. Значения угла смачивания частиц в этих пенах были менее 45°. Отметим также, что в случае твердых частиц-стабилизаторов с малой степенью гидрофобизации свойства пен подобны пенам, стабилизированным неионогенными ПАВ. В частности, из золя 2% ЬМох +11 ммоль/л гексиламина были получены пены с объемной долей жидкости менее 0.01 (кратностью 100-180). Такие пены достаточно быстро послойно разрушаются под действием даже небольших приложенных перепадов давления (1-3 кПа).

Известно также, что присутствие твердых частиц на границе раздела фаз приводит к снижению межфазного натяжения на границах раздела жидкость-жидкость [17, 18] и жидкость-газ [19, 20]. Теоретическая зависимость изменения межфазного

Таблица 1

Зависимость устойчивости пен, стабилизированных гидроксидом алюминия, модифицированного масляной кислотой, от

концентрации гидрофобизатора Смк

Исходная суспензия + модификатор Устойчивость пен, % Смк, ммоль/л Cmk/Cals

3% Al2(S04)3 +0.6%МК 20 68 0.13

3% Al2(S04)3 +1.2%МК 50 136 0.26

3% Al2(S04)3 +2.5%МК 85 284 0.54

3% Al2(S04)3 +3.5%МК 90 398 0.76

10% Al2(S04)3+ 0.3%МК 75 34 0.019

15% Al2(S04)3+ 0.3%МК 99 34 0.013

Таблица 2

Устойчивость пен, стабилизированных кремнеземом Ludox, модифицированным гексиламином

Концентрация кремнезема Концентрация гексиламина, ммоль/л H, см АР, кПа Устойчивость, % Время, мин.

20%

2%

0.5%

11 11 44

1 1 Разрушение всего столба 10

1 5 Разрушение всего столба 15

2 4 22 5

натяжения в условиях, когда монодисперсные сферические частицы формируют плотный монослой на границе раздела фаз дана в работе [19]. Экспериментальные данные относительного понижения межфазного натяжения Ас/с при изменении угла оттека-ния воды 9W получены в работах [7, 9, 20]. Увеличение относительного натяжения Ас/с на границе раздела вода/газ, полученное в эксперименте, предсказано теорией [19] при повышении степени гидрофо-бизации твердых частиц в соответствии с изменением краевых углов от 20 до 46 градусов. Максимальному изменению относительного межфазного натяжения Ас/с (9W) при 9W ~ 45-50° для поверхности вода/газ соответствовали наиболее устойчивые пены, стабилизированные модифицированным кремнеземом.

Интересно отметить, что большие значения относительного понижения межфазного натяжения Ас/с = 0.59 были получены для границы раздела вода/масло (суспензия из 0.2% AICI3 / 0.1 % СК в дизельном топливе) и согласуются с полученными ранее для 3-5% кремнезема, модифицированного бромидом цетилтриметиламония (СТАВ) и адсорбированного на поверхности вода / предельный углеводород (гептан, октан или декан) [18, 21].

Малые значения Ас/с = 0.22 на границе раздела вода/масло получены в системе 0.01% AICI3 + 10-3 % СК / (октан + CCl4) и соответствовали значениям полученным на границе раздела вода/газ (2% Ludox + гексиламин, 9W = 45°). Отметим, что устойчивые эмульсии в отличие от пен были получены из суспензий с малым (0.01%) содержанием твердой фазы при значительной степени гидрофобизации твердых частиц Cck /Cai = 1.6.

Ранее было показано, что пены, стабилизированные кремнеземом при массовом содержании твердой фазы менее 0.5%, не образуются ни при какой концентрации гидрофобизатора. Малоустойчивые пены из суспензии 0.5% Ludox начинают формироваться при степени гидрофобизации твердой поверхности, соответствующей краевому углу 9W = 46° (концентрация гексиламина 44 ммоль/л, таблица 2). Подобным образом пена, полученный из суспензий гидрофобизованного гидроксида алюминия состава: 0.5% ALS + 0.3% МК, была неустойчива и разрушалась полностью в течение нескольких минут. Пена, полученная из суспензии состава: 1% ALS + 0.3% МК также была неустойчивой (через 30 минут сохранялось только 10% слоя).

Интересно отметить, что при постоянной концентрации масляной кислоты (СМК = 34 ммоль/л) повышение массового содержания сульфата алюминия может сопровождаться значительным возрастанием устойчивости пены. Установлено, что при концентрации МК 0.3% и повышении до 15% массового содержания сульфата алюминия в исходном растворе образуются очень устойчивые пены. В частности,

при перепаде давлений 7 кПа, процент разрушения слоя площадью 1 см2 и высотой 0.2 см, составлял менее 1% за 30 минут. Объемная пена, полученная из такой же исходной суспензии, через сутки превращалась в твердое тело.

Таким образом, устойчивые пены из масляной кислоты и сульфата алюминия получены даже при незначительной концентрации гидрофобизатора (то есть при отношении эквивалентных концентраций MK:ALS = 1:77). При значительном превышении содержания масляной кислоты в исходной суспензии, например, из суспензии состава 3% ALS и 25% МК (отношение эквивалентных концентраций MK:ALS ~ 5:1) пена не образуется.

Ранее показано [12, 22], что изменение реологических свойств исходных суспензий (повышение напряжения сдвига) при изменении концентрации гидрофобизатора сопровождается ростом устойчивости пен. В частности, были проведены сравнения напряжения сдвига в суспензиях, содержащих кремнезем при одной и той же степени гидрофоби-зации твердой поверхности, соответствующей краевому углу 50° [12]. Напряжения сдвига в суспензиях, содержащих 2 и 20% Ludox, составляли 0.1 и 0.36 н/м2. Подобное изменение напряжения сдвига наблюдалось и в суспензиях, содержащих гидрофо-бизованный гидроксид алюминия. Например, в суспензиях, полученных из 1% и 3% Al2(S04)3, со степенью гидрофобизации твердых частиц, соответствующей краевому углу 9 = 50°, напряжения сдвига были равны 0.15 и 0.4 н/м2, соответственно. Возрастание напряжения сдвига также может являться причиной повышения устойчивости пены при ее деформации. Например, можно сравнить устойчивость пен, содержащих твердые частицы, изучая разрушение и изменение относительного объема (АУ/У) под действием избыточного давления АР1, приложенного к дисперсной системе. Проведенные исследования показали, что пены, полученные из суспензии состава 0.5% ALS + 0.3% МК легко деформируются (АУ/У= 0.38 при АР1 = 60 кПа), а их полное разрушение происходит при сбросе избыточного давления при меньшем содержании твердой фазы. При увеличении концентрации твердых частиц (3% ALS + 0.3% МК) изменение относительного объема АУ/V = 0.27, а пена сохраняет устойчивость при механической деформации.

Эмульсии. При встряхивании водной дисперсии гидроксида алюминия с раствором стеариновой кислоты в масле формировались эмульсии как прямого (м/в), так и обратного типа (в/м) (табл. 3) в зависимости от концентрации модификатора и порядка добавления фаз. Эмульсии м/в были получены при добавлении масла по каплям к водной фазе; эмульсии в/м - при добавлении водной фазы по каплям к маслу. Переводя массовую долю в молярную концентрацию эквивалентов, получаем,

Таблица 3

Тип эмульсий

Концентрация AICI3 в воде, % (масс.) Концентрация СК в масле, % (масс.) Тип масла

м/в в/м

0.01, pH 6.5 0.2, pH 7.5

0-0.015 0-0.2

> 0.002 смесь декана с CCÍ4 7:3 (об.)

> 0.04 дизельно е топливо

что при концентрации стеариновой кислоты в масле 0-6.1 ммоль/л формировались эмульсии м/в, а при более 1.2 ммоль/л - эмульсии в/м (при концентрации твердой фазы в пересчете на хлорид алюминия Caí = 44.94 ммоль/л в воде (или 0.2% (масс)). При уменьшении концентрации твердых частиц уменьшалась и концентрация СК, приводящая к инверсии. Это подтверждается значениями краевых углов в [23].

Таким образом, для молярных концентраций эквивалентов стеариновой кислоты Сек в масле и хлорида алюминия Caí в воде при отношении Сек/СА1 < 0.03 формируются только эмульсии м/в, при Сек/СА1 > 0.14-0.23 - только эмульсии в/м. А в интервале 0.03 < Cck/Cai < (0.14-0.23) могут быть получены эмульсии обоих типов в зависимости от порядка добавления фаз. Эмульсии сохраняли устойчивость против коалесценции в закрытых пробирках течение суток при СА1 = 2.25 ммоль/л, и в течение нескольких месяцев при более высокой концентрации твердого эмульгатора - Caí = 44.95 ммоль/л.

Устойчивость эмульсии зависела от толщины слоя, как показано на рис. 1. Слой, близкий к монослою (капли до 500 мкм), характеризовался б0льшей устойчивостью при ДР до 5 кПа. Причем 0.3 мм слой этой же эмульсии при ДР = 10 кПа за 30 мин разрушился только на половину. Подобная зависимость наблюдалась в пенах, стабилизированных растворимыми ПАВ [24].

Выводы

Повышение степени гидрофобизации частиц кремнезема в соответствии с ростом краевого угла до 45° коррелирует с заметным снижением относительной межфазной энергии на границе раздела вода-газ и повышает устойчивость полученных пен. Изменение реологических свойств исходных суспензий (повышение напряжения сдвига) при значительных концентрациях гидрофобизатора, соответствующих краевому углу ~ 50°, является дополнительным фактором повышения устойчивости пен к разрушению в условиях принужденной деформации. В отличие от пен, устойчивые эмульсии были получены при малых (0.01%) концентрациях твердого стабилизатора. Тип эмульсии определяется отношением концентраций стеариновой кислоты в масле и хлорида алюминия в воде.

Давление, кПа

Рис. 1. Время жизни тонких эмульсионных слоев в зависимости от приложенного перепада давлений. Эмульсия

в/м (44.94 ммоль/л A1C13, pH=7.5 / дизельное топливо, 3 ммоль/л СК) с диаметром капель 0.03-0.5 мм. Высота

слоя эмульсии - 1.5 (закрашенные символы) и 0.5 мм (открытые символы).

ЛИТЕРАТУРА

1. Aveyard R., Clint J. H. Liquid droplets and solid particles at surfactant solution interfaces // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1995. V. 91. №17. P. 2681-2697.

2. Binks B. P., Murakami R. Phase inversion of particle-stabilized materials from foams to dry wate // Nature Materials. 2006. V. 5. P. 865-869.

3. Garrett P. R. Defoaming. Theory and Industrial Application. NY: Marcel Dekker, 1993.

4. Gonzenbach U. T., Studart R. R., Tervoort E., Gauker L. J. Stabilization of foams with inorganic colloidal particles // Lang-muir. 2006. V. 22. P. 10983-10988.

5. Vilkova N. G., Elaneva S. I., Kruglyakov P. M., Karakashev S. I. Foam films stabilized by solid particles // Mendeleev Commun. 2011. №>21. P. 344-345.

6. Vilkova N. G., Karakashev S. I., Elaneva S. I. Effect of hexilamine concentration on the properties of foams and foam films stabilized by Ludox // Mendeleev Commun. 2012. №22. P. 227-228.

7. Vilkova N. G., Nushtaeva A. V. Influence of hydrofobized solid particles on the reduction of interface tension. // Mendeleev Commun. 2013. № 23. P. 155-156.

8. Вилкова Н. Г., Еланева С. И. Влияние гидрофобности частиц кремнезема на свойства пен // Химия и химическая технология. 2013. Т 56. №9. С. 62-66.

9. Kruglyakov P. M., Elaneva S. I., Vilkova N. G. About mechanism of foam stabilization by solid particles // Advances in Colloid and Interface Science. 2011. V. 165. P. 108-116.

10. Вилкова Н. Г., Мишина С. И., Дорчина О. В. Влияние гидро-фобизовпанного гидроксида алюминия на свойства пен // Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 11. С. 38-40.

40

30

20

10

0

0

5

10

15

11. Dickinson E. Food emulsions and foams: Stabilization by particles // Current Opinion in Colloid and Interface Sci. 2010. V. 15. P. 40-49.

12. Мишина С. И. Исследование устойчивости и синерезиса пен, стабилизированных частицами коллоидального кремнезема и гидроксида алюминия: дис. канд. хим. наук. М., 2015.

13. Kosmulski M. The pH-dependent surface charging and the point of zero charge // J. Colloid Interface Sci. 2002. V. 253. P. 77-78.

14. Exerowa D., Kruglyakov P. M. Foam and foam films. Amsterdam: Elsevier, 1998.

15. Вилкова Н. Г. Свойства пен и методы их исследования. Пенза: ПГУАС, 2014.

16. Nushtaeva A. V., Vilkova N. G., Mishina S. I. The effect of modifier concentration jn the stability of emulsions and foams stabilized with colloidal silica particles // Colloid J. 2014. V. 76. №6. P. 717-724.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

17. Menon V. B., Wasan D. T. Characterization of oil-water interface contaning finely divided solids with applications the coalescence of water-in-oil emulsions: a review// Colloids Surf. 1988. V. 29. P. 7-27.

18. Nushtaeva A. V., Kruglyakov P. M. Investigation of model emulsion films stabilized by solid particles: thickness of films,

their stability, and interfacial tension // Colloid J. 2004. V. 66. №4. P. 456-465.

19. Levine S., Bowen B. D., Partridge S. J. Stabilization of emulsions by fine particles. II. Capillary and Waals forces particles // Colloids Surf. 1989. V. 38. P. 345-364.

20. Вилкова Н. Г., Нуштаева А. В. Влияние понижения межфазного натяжения на свойства пен и эмульсий, стабилизированных твердыми частицами // Известия вузов. Поволжский регион. Естественные науки. 2013. № 1. С. 127-134.

21. Kruglyakov P. M., Nushtaeva A. V. Emulsion stabilized by solid particles: influence of the capillary pressure // Emulsions: Structure, Stability and Interactions. Amsterdam: Elsevier, 2004. Р. 641-676.

22. Вилкова Н. Г., Волкова Н. В., Козлова Е. П. Влияние реологических свойств суспензий на структуру пен // Известия вузов. Поволжский регион. Естественные науки. 2013. №3. С. 56-60.

23. Kruglyakov P. M. Hydrophile-lipophile balance of surfactants and solid particles. Physicochemical aspects and applications. Amsterdam: Elsevier, 2000.

24. Khaskova T. N., Kruglyakov P. M. "Cooperative" effects in the destruction of foam column. Comparison of the behavior of polyhedral two- and three-dimensional foams // Colloid J. 2001. V. 63. №4. P. 476-480.

Поступила в редакцию 20.02.2017 г.

FOAMS AND EMULSIONS STABILIZED BY VARIOUS COLLOIDAL PARTICLES

© N. G. Vilkova*, A. V. Nushtaeva

Penza State University of Architecture and Construction 28 Gherman Titov Street, 440028 Penza, Russia.

Phone: +7 (8412) 42 05 02.

*Email: kpyotr10@pguas.ru

The results of a study of foams and emulsions stabilized by solid particles are presented in the paper. Colloidal silica modified by hexylamine and aluminum hydroxide obtained by leaching aluminum salts and modified by organic acids (stearic or butane) were used as solid stabilizers. The emulsions were formed by stirring the oil solution of stearic acid and the aqueous dispersion of aluminum hydroxide obtained from aluminum chloride solution with adding sodium hydroxide up pH 6.5-7.5. The foams were foamed with adding butane acid to aluminum sulfate solution and further change pH to 4.8-5 with NaOH or by stirring Lu-dox-HS with adding hexylamine. The foam/emulsion stability was determined by Pressure Drop Technique (PDT). The foams stabilized by hydrophobized aluminum hydroxide remained stable at the higher hydrophobicity degree (compared to modified silica). Comparison of obtained and published data revealed that the high stability of the foam was corresponded to the contact angle 45°, the water-air interfacial tension decrease and the suspension shear stress increase. The stable emulsions were obtained at the lower concentration of the solid particles unlike the foams. The ratio of the concentration of stearic acid in oil and aluminum chloride in water leading to the direct or reverse emulsion formation was found experimentally.

Keywords: foams, emulsions, solid particles, foam and emulsion stability.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Aveyard R., Clint J. H. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1995. Vol. 91. No. 17. Pp. 2681-2697.

2. Binks B. P., Murakami R. Nature Materials. 2006. Vol. 5. Pp. 865-869.

3. Garrett P. R. Defoaming. Theory and Industrial Application. NY: Marcel Dekker, 1993.

4. Gonzenbach U. T., Studart R. R., Tervoort E., Gauker L. J. Langmuir. 2006. Vol. 22. Pp. 10983-10988.

5. Vilkova N. G., Elaneva S. I., Kruglyakov P. M., Karakashev S. I. Mendeleev Commun. 2011. No. 21. Pp. 344-345.

6. Vilkova N. G., Karakashev S. I., Elaneva S. I. Mendeleev Commun. 2012. No. 22. Pp. 227-228.

7. Vilkova N. G., Nushtaeva A. V. Mendeleev Commun. 2013. No. 23. Pp. 155-156.

8. Vilkova N. G., Elaneva S. I. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 2013. T 56. No. 9. Pp. 62-66.

9. Kruglyakov P. M., Elaneva S. I., Vilkova N. G. Advances in Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 165. Pp. 108-116.

10. Vilkova N. G., Mishina S. I., Dorchina O. V. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 2015. Vol. 58. No. 11. Pp. 38-40.

11. Dickinson E. Current Opinion in Colloid and Interface Sci. 2010. Vol. 15. Pp. 40-49.

12. Mishina S. I. Issledovanie ustoichivosti i sinerezisa pen, stabilizirovannykh chastitsami kolloidal'nogo kremnezema i gidroksida al-yuminiya: dis. kand. khim. nauk. Moscow, 2015.

13. Kosmulski M. J. Colloid Interface Sci. 2002. Vol. 253. Pp. 77-78.

14. Exerowa D., Kruglyakov P. M. Foam and foam films. Amsterdam: Elsevier, 1998.

15. Vilkova N. G. Svoistva pen i metody ikh issledovaniya [The properties of foams and methods of their study]. Penza: PGUAS, 2014.

16. Nushtaeva A. V., Vilkova N. G., Mishina S. I. Colloid J. 2014. Vol. 76. No. 6. Pp. 717-724.

17. Menon V. B., Wasan D. T. Colloids Surf. 1988. Vol. 29. Pp. 7-27.

18. Nushtaeva A. V., Kruglyakov P. M. Colloid J. 2004. Vol. 66. No. 4. Pp. 456-465.

19. Levine S., Bowen B. D., Partridge S. J. Colloids Surf. 1989. Vol. 38. Pp. 345-364.

20. Vilkova N. G., Nushtaeva A. V. Izvestiya vuzov. Povolzhskii region. Estestvennye nauki. 2013. No. 1. Pp. 127-134.

21. Kruglyakov P. M., Nushtaeva A. V. Emulsions: Structure, Stability and Interactions. Amsterdam: Elsevier, 2004. Pp. 641-676.

22. Vilkova N. G., Volkova N. V., Kozlova E. P. Izvestiya vuzov. Povolzhskii region. Estestvennye nauki. 2013. No. 3. Pp. 56-60.

23. Kruglyakov P. M. Hydrophile-lipophile balance of surfactants and solid particles. Physicochemical aspects and applications. Amsterdam: Elsevier, 2000.

24. Khaskova T. N., Kruglyakov P. M. Colloid J. 2001. Vol. 63. No. 4. Pp. 476-480.

Received 20.02.2017.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.