ПЕНЫ И ЭМУЛЬСИИ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ТВЕРДЫМИ ЧАСТИЦАМИ: МЕХАНИЗМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ 

Нуштаева Алла Владимировна, кандидат химических наук, доцент, кафедра физики и химии, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (Россия, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28), nushtaeva.alla@yandex.ru
Вилкова Наталья Георгиевна, доктор химических наук, профессор, кафедра физики и химии, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (Россия, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28), ngvilkova@mail.ru

544.77

DOI

10.21685/2307-9150-2017-4-6

Актуальность и цели. Данная работа представляет обзор и анализ основных факторов, которые определяют устойчивость пен и эмульсий, стабилизированных твердыми частицами.
Результаты. Высокая энергия закрепления частицы на межфазной поверхности приводит к формированию плотного межфазного слоя частиц на поверхности пузырей (или капель) и снижению межфазного натяжения. Капиллярное давление – особенный фактор стабилизации, характерный только для твердых стабилизаторов – аналог расклинивающего давления, возникающий при утончении пленки с твердыми частицами. Стерическое расклинивающее
давление возникает при контакте и деформации межфазных слоев частиц. В случае выраженного структурообразования в дисперсионной среде, содержащей коллоидные частицы, устойчивость пен и эмульсий определяется упругомеханическими свойствами сетки-структуры, включающей также и межфазные слои.
Выводы. Комплекс данных факторов может обеспечивать чрезвычайно высокую стабильность пен и эмульсий по сравнению с системами, стабилизированными поверхностно-активными веществами. Эмульсии с твердыми стабилизаторами способны сохранять структуру даже при высушивании.

Ключевые слова

пены, эмульсии Пикеринга, твердые частицы, стабилизация

 Скачать статью в формате PDF

1. Binks, B. P. Influence of particle wettability on the type and stability of surfactantfree emulsions / B. P. Binks, S. O. Lumsdon // Langmuir. – 2000. – Vol. 16. – P. 8622–8631.
2. Binks, B. P. Particles as surfactants – similarities and differences / B. P. Binks // Current Opinion in Colloid and Interface Science. – 2002. – Vol. 7. – P. 21–41.
3. Aveyard, R. Emulsions stabilized by solely colloidal particles / R. Aveyard, B. P. Binks, J. Clint // Advances in Colloid and Interface Science. – 2003. – Vol. 100–102. – P. 503–546.
4. Kruglyakov, P. M. Emulsion Stabilized by Solid Particles: Influence of the Capillary Pressure / P. M. Kruglyakov, A. V. Nushtaeva // Emulsions: Structure, Stability and Interactions // ed. by D. N. Petsev. – Amsterdam : Elsevier, 2004. – P. 641–676.
5. Horosov, T. S. Particle zips vertical emulsion films with particle monolayers at their surfaces / T. S. Horosov, R. Aveyard, J. Clint, B. Neumann // Langmuir. – 2005. – Vol. 21. – P. 2330–2341.
6. Horozov, T. S. Foams and foam films stabilized by solid particles / T. S. Horozov // Current Opinion in Colloid and Interface Science. – 2008. – Vol. 13. – P. 134–140.
7. Emulsions stabilised by food colloid particles: Role of particle adsorption and wettability at the liquid interface / V. N. Paunov, O. J. Cayre, P. F. Noble, S. D. Stoyanov, K. P. Velikov, M. Golding // Journal of Colloid and Interface Science. – 2007. – Vol. 312. – P. 381–389.
8. Colloidosomes: selectively permeable capsules composed of colloidal particles / A. D. Dinsmore, M. F. Hsu, M. G. Nicolaides, M. Marquez, A. R. Bausch, D. A. Weitz // Science. – 2002. – Vol. 298. – P. 1006–1009.
9. Mao, Zh. Molecular mimetric self-assembly of colloidal particles / Zh. Mao, H. Xu, D. Wang // Advanced Functional Materials. – 2010. – Vol. 20, № 7. – P. 1053–1074.
10. Aveyard, R. Liquid droplets and solid particles at surfactant solution interfaces / R. Aveyard, J. H. Clint // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. – 1995. – Vol. 91, № 17. – P. 2681–2697.
11. Kruglyakov, P. M. Hydrophile-Lipophile Balance of Surfactants and Solid Particles. Physicochemical Aspects and Applications / P. M. Kruglyakov. – Amsterdam : Elsevier, 2000.
12. Nanoparticle assembly and transport at liquid-liquid interface / Y. Lin, H. Skaff, T. Emrick, A. D. Dinsmore, T. P. Russell // Science. – 2003. – Vol. 299. – P. 226–229.
13. Nanoparticle assembly at fluid interfaces: structure and dynamics / Y. Lin, A. Boker, H. Skaff, D. Cookson, A. D. Dinsmore, T. Emrick, T. P. Russell // Langmuir. – 2005. – Vol. 21. – P. 191–194.
14. Hassander, H. The mechanism of emulsion stabilization by small silica (Ludox) particles / H. Hassander, B. Johansson, B. Törnell // Colloids and Surfaces. – 1989. – Vol. 40. – P. 93–105.
15. Nushtaeva, A. V. Investigation of model emulsion films stabilized by solid particles: thickness of films, their stability, and interfacial tension / A. V. Nushtaeva, P. M. Kruglyakov // Colloid Journal. – 2004. – Vol. 66, № 4. – P. 456–465.
16. Kralchevsky, P. A. Capillary interactions between particles bound of interfaces, liquid films and biomembranes / P. A. Kralchevsky, K. Nagayama // Advances in Colloid and Interface Science. – 2000. – Vol. 85. – P. 145–192.
17. Kruglyakov, P. M. About mechanism of foam stabilization by solid particles / P. M. Kruglyakov, S. I. Elaneva, N. G. Vilkova, S. I. Karakashev // Advances in Colloid and Interface Science. – 2011. – Vol. 165. – P. 108–118.
18. Aveyard, R. Structure and collapse of particle monolayers under lateral pressure at the octane/aqueous surfactant solution interface / R. Aveyard, J. H. Clint, D. Nees, N. Quirke // Langmuir. – 2000. – Vol. 16. – P. 8820–8828.
19. Levine, S. Stabilization of emulsions by fine particles. I. Partitioning of particles between continuous phase and oil/water interface / S. Levine, B. D. Bowen, S. J. Partridge // Colloids and Surfaces. – 1989. – Vol. 38. – P. 325–344.
20. Levine, S. Stabilization of emulsions by fine particles. II. Capillary and Waals forces between particles / S. Levine, B. D. Bowen, S. J. Partridge // Colloids and Surfaces. – 1989. – Vol. 38. – P. 345–364.
21. Gonzenbach, U. T. Ultrastable particle-stabilised foams / U. T. Gonzenbach, R. R. Studart, E. Tervoort, L. J. Gauker // Angewandte Chemie International Edition. – 2006. – Vol. 43. – P. 3526–3530.
22. Gonzenbach, U. T. Stabilization of foams with inorganic colloidal particles / U. T. Gonzenbach, R. R. Studart, E. Tervoort, L. J. Gauker // Langmuir. – 2006. – Vol. 22. – P. 10 983–10 988.
23. Vilkova, N. G. Influence of hydrophobizied solid particles on the reduction of interfacial tension / N. G. Vilkova, A. V. Nushtaeva // Mendeleev Communications. – 2013. – Vol. 23, № 3. – P. 155, 156.
24. Vignati, E. Pickering emulsions: interfacial tension, colloidal layer morphology, and
trapped-particle motion / E. Vignati, R. Piazza, T. P. Lockhart // Langmuir. – 2003. –
Vol. 19. – P. 6650–6656.
25. Drelich, A. Evolution of water-in-oil emulsions stabilized with solid particles: Influence
of added emulsifier / A. Drelich, F. Gomez, D. Clausse, I. Pezron // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2010. – Vol. 365. – P. 171–177.
26. Denkov, N. D. A possible mechanism of stabilization by solid particles / N. D. Denkov, I. B. Ivanov, P. A. Kralchevsky, D. T. Wasan // Journal of Colloid and Interface Science. – 1992. – Vol. 50. – Р. 585–593.
27. Mason, G. Effect of contact angle on capillary displacement curvature in pore throats foamed by spheres / G. Mason, N. R. Morrow // Journal of Colloid and Interface Science. – 1994. – Vol. 168. – P. 130–141.
28. Nushtaeva, A. V. The capillary pressure in the thinning emulsion films stabilized with solid spherical particles / A. V. Nushtaeva, P. M. Kruglyakov // Colloid Journal. – 2003. – Vol. 65, № 3. – P. 374–382.
29. Kaptay, G. On the equation of the maximum capillary pressure induced by solid particles to stabilize emulsions and foams and on the emulsion stability diagrams / G. Kaptay // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2006. – Vol. 282, 283. – P. 387–401.
30. Nushtaeva, A. V. Contact angles of selective wetting of hexylamine-modified silica surface / A. V. Nushtaeva // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2014. – Vol. 451. – P. 101–106.
31. Binks, B. P. Stabilityofoil-in-wateremulsions stabilised by silica particles / B. P. Binks, S. O. Lumsdon // Physical Chemistry Chemical Physics. – 1999. – № 1. – P. 3007–3016.
32. Nushtaeva, A. V. Properties of emulsion and free emulsion (aqueous) films stabilized with hexylamine-modified silica / A. V. Nushtaeva, A. V. Shumkina // Colloid Journal. – 2013. – Vol. 75, № 3. – P. 326–332.
33. Nakajima, N. Rheology of PVC plastisol. V.: Storage modulus and network formed by particle contact / N. Nakajima, E. R. Harrell // Journal of Colloid and Interface Science. – 2002. – Vol. 254. – P. 362–366.
34. Alargova, R. G. Foam superstabilization by polymer microrods / R. G. Alargova, D. S. Warhadpande, V. N. Paunov, O. D. Velev // Langmuir. – 2004. – Vol. 20. – P. 10 371–10 374.
35. Arditty, S. Materials based on solid-stabilized emulsions / S. Arditty, V. Schmitt, J. Giermanska-Kahn, F. Leal-Calderon // Journal of Colloid and Interface Science. – 2004. – Vol. 275. – P. 659–664.
36. Nushtaeva, A. V. Superstabilization of emulsions by solid particles / A. V. Nushtaeva // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2015. – Vol. 481. – P. 283–287.
37. Metallic foams from nanoparticle-stabilized wet foams and emulsions / A. R. Studart, A. Nelson, B. Iwanovsky, M. Kotyrba, A. A. Kündig, F. H. Dalla Torre, U. T. Gonzenbach, L. J. Gauckler, J. F. Löffler // Journal of Materials Chemistry. – 2010. – Vol. 22. – P. 820–823.
38. Tcholakova, S. Comparison of solid particles, globular proteins and surfactants as emulsifiers / S. Tcholakova, N. D. Denkov, A. Lips // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2008. – Vol. 10. – P. 1608–1627.