Piany: od natury po przemysł

(Foams: From nature to industry), Ch. Hill, J. Eastone, „Advances in Colloid and Interface Science” (2017), s. 1-18.

Brytyjscy naukowcy podjęli dyskusję na temat naturalnych i sztucznych pian, ze szczególnym uwzględnieniem sposobów ich wytwarzania i stabilności. Zwrócili uwagę, że piany naturalne, takie jak te wytwarzane w morzu lub przez istoty żywe, są stabilizowane głównie przez molekuły rozpuszczonego węgla organicznego bądź proteiny (białka). Nawiązując natomiast do problematyki pian sztucznych, podjęli się analizy zastosowań poszczególnych ich rodzajów w różnych procesach przemysłowych. Za jeden z celów badań przyjęto określenie stabilności pian, z próbą odpowiedzi na pytanie, jak natura chemiczna i struktura surfaktantów, białek i cząsteczek wspólnie determinują powstawanie długookresowych, stabilnych pian.

Za podstawę rozważań przyjęto trzy prawa Plateau: 1) cienkie filmy są gładkie, o stałej wartości średniej krzywizny; 2) na krawędzi płynu (granicy Plateau) mogą występować jednocześnie nie więcej niż trzy filmy formujące kąt 120°; 3) w jednym punkcie łączą się zawsze cztery granice Plateau pod kątem 109,5°.

W artykule omówiono takie zagadnienia, jak: sposoby stabilizacji pian (piany stabilizowane surfaktantami, piany stabilizowane białkami, piany stabilizowane cząsteczkowo), mechanizmy destabilizacji pian (odwadnianie, pogrubianie, łączenie, piany destabilizowane przez oleje), piany naturalne (piany morskie, piany ochronne w gniazdach) oraz piany syntetyczne i przemysłowe (piany gaśnicze, emisja mineralna, aktualne wyzwania dotyczące pian, rozpienianie). Każde z nich zostało szczegółowo omówione, a także opatrzone licznymi odniesieniami literaturowymi do dalszej eksploracji właściwej tematyki.

Ciekawe rysunki wzbogacają materiał merytoryczny, czyniąc go bardziej zrozumiałym. Zaliczyć tu można m.in. wizualizacje zjawiska odwadniania piany, granic Plateau, schematu destabilizacji piany (ze zdjęciami), struktur cząsteczkowych wybranych dziewięciu rodzajów pian, efektu Gibbsa-Marangoni, sześciu sposobów rozmieszczenia cząsteczek pian oddzielających dwie płaszczyzny powietrza/wody, zjawiska pogrubiania, zjawiska łączenia, piany morskiej, piany produkowanej przez zwierzęta do ochrony gniazd, mechanizmu tworzenia piany gaśniczej w prądownicy pianowej, procesu emisji mineralnej piany, a także schematu procesu rozpieniania. Treść wzbogacono o wzory wyjaśniające założenia aparatu matematycznego traktującego o podstawowych prawach i procesach zachodzących w pianach.

bryg. dr inż. Waldemar Jaskółowski, kpt. dr inż. Paweł Gromek i kpt. dr inż. Szymon Ptak są pracownikami Szkoły Głównej Służby Pożarniczej

sierpień 2017