Skum (materiale)

Den skum er et komplekst medium bestående af en kondenseret stof blandes grundigt med en større mængde gas ( > 70% ) og alligevel kontinuerlig. Afhængigt af om det kondenserede stof er flydende eller fast, taler vi om flydende skum eller fast skum .

Flydende skum

Et flydende skum består af en overflod af gasbobler adskilt af en væske, der igen danner en kontinuerlig fase . I det meget hyppige tilfælde, hvor væsken er en vandig opløsning, kan vi tale om et vandigt skum. Skummet kan være "vådt" eller "tørt" afhængigt af væskens volumenfraktion  :φ{\ displaystyle \ varphi}

• et skum er dog tørt . Boblerne er derefter i form af polyedre , adskilt af tynde film af væske;φ<0,05{\ displaystyle \ varphi <0 {,} 05}
• et skum er dog vådt . Boblerne har derefter en afrundet form. Ølskum er vådt skum;0,05<φ<0,30{\ displaystyle 0 {,} 05 <\ varphi <0,30}
• hvis det ikke længere er et skum, men en boblende væske. Boblerne har derefter en næsten sfærisk form. Jo flere stigninger, jo mere spredes boblerne i væsken.φ>0,30{\ displaystyle \ varphi> 0.30}φ{\ displaystyle \ varphi}

Film af tørt skum følger Plateau-forholdene . Skæringspunktet mellem tre film udgør en kant af Plateau , fire kanter af Plateau mødes ved en knude. Den flydende fase af skummet er et netværk af Plateau-kanter . Skum dannes for eksempel på overfladen af omrørt vand eller andre væsker. Gassen (ofte luft) dispergeres derfor i adskillige bobler (vi taler om dispergeret fase ), mens væsken er helt kontinuerlig (vi taler om kontinuerlig fase ).

Dræning

Væsken i et skum flyder mellem boblerne under påvirkning af tyngdekraften og kapillarkræfterne. Tømning af et vådt skum gør det til et tørt skum (hvis filmene ikke går i stykker), og derefter tørrer skummet yderligere op til en vis grænse, når overfladeaktive stoffer er til stede i opløsning i væsken eller op til brud på filmene i det modsatte tilfælde (adskillelse af skummet i to kontinuerlige faser, væske og gas).

Skummet betragtes i de fleste modeller som et porøst medium, der består af et netværk af kanaler. Faktisk cirkulerer størstedelen af ​​væsken i netværket af plateauets kanter og af knudepunkter, væsken indeholdt i filmene forsømmes generelt. Men skummet er et meget specielt porøst medium, kanalerne er deformerbare, flydende og varierer i størrelse og i åbning afhængigt af den væskefraktion, de indeholder: permeabiliteten er derfor ikke konstant.

For at observere dette kan vi udføre følgende eksperiment:

• tag en gennemsigtig flaske og tilsæt lidt sæbevand;
• dæk åbningen med din finger og ryst kraftigt; der opnås et skum, der ved første øjekast ser hvidt ud;
• lad skummet "tørre" i et par minutter; det bliver gennemsigtigt
• tag en lille dråbe vand med fingeren og læg den fint på det tørre skum; det bliver hvidt igen ... efter væskens vej.

Skummet er rehydreret, kanterne på Plateauet er åbnet for at lade væsken passere: dette er dræningen .

Analyse af skumstabilitetsteknik

Flere lysspredning kombineret med lodret scanning er den mest anvendte teknik til overvågning af spredningstilstanden for et produkt og derved identificere og kvantificere ustabilitetsfænomener. Det fungerer med koncentrerede dispersioner uden fortynding. Når lyset sendes ind i prøven, spredes det tilbage af boblerne. Den tilbagespredte intensitet er direkte proportional med størrelsen og volumenfraktionen af den spredte fase. Således detekteres og overvåges lokale variationer i koncentration (dræning, syneresis ) og samlede variationer i størrelse (modning, koalescens ).

Accelerationsmetoder til forudsigelse af livet

Den kinetiske destabiliseringsproces kan tage lang tid (op til flere måneder, endda flere år for nogle produkter), og derfor skal formulatoren bruge accelerationsmetoder for at opnå acceptable udviklingstider. Termiske metoder er de mest anvendte og består i at øge temperaturen for at fremskynde destabilisering (ved at forblive under kritiske temperaturer for faseinversion og kemisk nedbrydning). Temperatur påvirker ikke kun viskositet, men også grænsefladespænding i tilfælde af ikke-ioniske overfladeaktive stoffer og mere generelt interaktionskræfterne i systemet. Ved at opbevare spredningen ved høje temperaturer simulerer vi de virkelige livsforhold for et produkt (for eksempel et rør med solcreme i en bil om sommeren), men også fremskynder destabiliseringsprocesserne op til 200 gange.

Massivt skum

Et fast skum kommer fra et flydende skum (mere eller mindre tyktflydende) ved størkning af væsken. Dette kan opnås ad forskellige veje afhængigt af væskens beskaffenhed: størkning (for eksempel under termisk quenching), polymerisation eller gelering .

Et fast skum kan være "åbent" eller "lukket". Hun er :

• åben, hvis tilstrækkelige faste film er brudt, så noget gas kan strømme gennem skummet ( perkolering );
• lukket, hvis nok faste film er intakte, hvilket forhindrer gas i at strømme gennem skummet.

Eksempler

Det brød er en fast skum, pastaen størknet under tilberedningen. Krummen på de fleste brød er et åbent skum og tørrer ret hurtigt, da luft cirkulerer gennem det. Krummen på nogle brød er dog en lukket mousse: disse brød tørrer meget mindre hurtigt, selv når de er åbnet.

De réticulites er faste skum lejlighedsvis udsendes af nogle vulkaner . De er åbne: placeret på vandet flyder de ikke, men synker, vandet erstatter hurtigt gassen.

Syntetisk skum anvendes i vid udstrækning. De svampe , der anvendes til rengøring, er åbne skum. Mange andre skum er lukkede og har derfor isolerende egenskaber (termisk og akustisk); de er normalt lavet af en polymer , såsom:

• den polypropylen , opskummet, sagde EPP for ekspanderet polypropylen  ;
• polyurethan, forarbejdet polyurethanskum  ;
• urinstof-formaldehyd (urinstof-formaldehyd- isolerende skum );
• den polyisocyanurat (PIR)
• den phenol-formaldehyd , anvendes til fremstilling af resolic skum  ;
• den polystyren  ;
  • ekspanderet (EPS, til ekspanderet polystyren ),
  • eller ekstruderet (XPS, til ekstruderet polystyren ), såsom styrofoam .

Den faste del kan også være beton ( cellulær beton hærdet i autoklav , skumbeton og hulbeton ), glas ( cellulært glas ), metal ( metallisk skum ) eller keramik ( keramisk skum ).

Moser i kultur

• I græsk mytologi er gudinden Afrodite født af mos ( ἀφρός  / aphros ) fra Ouranos køn , skåret af Cronos .
• I Mahabharata lover guden Indra ikke at dræbe dæmonen Namuchi , hverken dag eller nat, hverken med tør eller med våd. Så han dræber ham i skumringen med mos.
• I Kina i det mytiske Xia-dynasti tæmmer en kejser to drager ved at omslutte mundskummet i et bryst, men 2000 år senere åbnes brystet: skummet undslipper og omdannes til en ny drage.

Billedgalleri

• Havskum (nedbrydning af plankton )

• skummetal af aluminium

• Formhukommelseskum ( mikrograf )

• Anti-brand silikone skum

• Skumkugle Industriel CT-scanning

• Udvidet polystyrenskum

Noter og referencer

Bemærkninger

1. Denne egenskab af kontinuitet (den kondenserede fase ikke adskilt i adskilte domæner) adskiller skum fra gasformige suspensioner ( tåge , skyer , sandstorme ,  etc. ).

Referencer

1. Émeline Gallo, Johanna Jussey og Adrien Chicot, "  Stabiliteten af ​​flydende skum, et ægte balance ...  " [PDF] på Olympiades de physique de France .
2. I. Roland, G. Piel, L. Delattre, B. Evrard, International Journal of Pharmaceutics , 263 (2003) 85-94
3. C. Lemarchand, P. Couvreur, M. Besnard, D. Costantini, R. Gref, Pharmaceutical Research , 20-8 (2003) 1284-1292
4. O. Mengual, G. Meunier, I. Cayre, K. Puech, P. Snabre, kolloider og overflader A: Fysisk-kemiske og tekniske aspekter , 152 (1999) 111-123
5. P. Bru, L. Brunel, H. Buron, I. Cayré, X. Ducarre, A. Fraux, O. Mengual, G. Meunier, A. de Sainte Marie og P. Snabre, Particle dimensionering og karakterisering , Ed. T. Provder og J. Texter (2004)
6. Cantat et al. (2010) , s.  10-11

Se også

Bibliografi

• (en) D. Weaire og S. Hutzler, The Physics of Foams , Oxford University Press ,1999( ISBN  0-19-851097-7 og 978-0-1985-1097-0 )
• Isabelle Cantat, Sylvie Cohen-Addad, Florence Elias, François Graner, Reinhard Höhler et al. , Skum: Struktur og dynamik , Paris, Belin , koll.  "Stiger",august 2010, 278  s. ( ISBN  978-2-7011-4284-5 )
• [Cantat et al. (2010)] (da) Isabelle Cantat, Sylvie Cohen-Addad, Florence Elias, François Graner, Reinhard Höhler et al. , Skum: Struktur og dynamik , Oxford, Oxford University Press ,2013, 265  s. ( ISBN  978-0-19-966289-0 , læs online )

Relaterede artikler

• Syntaktisk skum
• Kraftig skum van