Schuim is alomtegenwoordig in ons dagelijks leven, van de bubbels in ons bier tot het schuim op onze tandpasta. Ze worden ook gebruikt in een breed scala aan industriële toepassingen, zoals voedselverwerking, cosmetica en farmaceutische producten.

De stabiliteit van schuimen is bij veel van deze toepassingen een kritische factor. Als een schuim te snel inzakt, kan het zijn functie verliezen of zelfs gevaarlijk worden. Het schuim in een brandblusser moet bijvoorbeeld stabiel genoeg zijn om de vlammen te doven, terwijl het schuim in een scheerschuim zijn vorm lang genoeg moet kunnen behouden zodat de gebruiker het op zijn gezicht kan aanbrengen.

Ondanks hun belang worden de mechanismen waardoor schuimen instorten niet volledig begrepen. Dit is gedeeltelijk te wijten aan het feit dat schuimen complexe systemen zijn die kunnen worden beïnvloed door een verscheidenheid aan factoren, zoals de oppervlaktespanning van de vloeistof, de viscositeit van de vloeistof en de aanwezigheid van oppervlakteactieve stoffen.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, twee verschillende fysieke mechanismen geïdentificeerd die bepalen hoe eenvoudig schuim instort. Het eerste mechanisme wordt 'drainage en instorting' genoemd en treedt op wanneer de vloeistof in het schuim wegvloeit van de bellen, waardoor deze instorten. Het tweede mechanisme wordt 'bellencoalescentie' genoemd en treedt op wanneer twee of meer bellen samensmelten om een ​​grotere bel te vormen.

De onderzoekers ontdekten dat het relatieve belang van deze twee mechanismen afhangt van de eigenschappen van het schuim. Bij schuimen met een hoge oppervlaktespanning is drainage en bezwijken het dominante mechanisme. Voor schuimen met een lage oppervlaktespanning is bellencoalescentie het dominante mechanisme.

De bevindingen van het team kunnen leiden tot nieuwe manieren om de stabiliteit van schuimen te controleren. Door bijvoorbeeld een oppervlakteactieve stof aan een schuim toe te voegen, kan het mogelijk zijn om de oppervlaktespanning te verminderen en de stabiliteit van het schuim te vergroten.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.

Samenvatting

We identificeren twee verschillende fysieke mechanismen voor het instorten van eenvoudige schuimsoorten:drainage en instorting, en coalescentie van bellen. Drainage en instorting vinden plaats wanneer vloeistof uit het schuim wegvloeit, waardoor de bellen instorten. Bellencoalescentie vindt plaats wanneer twee of meer bellen samensmelten tot een grotere bel. We vinden dat het relatieve belang van deze twee mechanismen afhangt van de eigenschappen van het schuim. Bij schuimen met een hoge oppervlaktespanning is drainage en bezwijken het dominante mechanisme. Voor schuimen met een lage oppervlaktespanning is bellencoalescentie het dominante mechanisme. Onze resultaten bieden een fundamenteel inzicht in hoe eenvoudige schuimen instorten en kunnen leiden tot nieuwe manieren om de stabiliteit van schuimen te controleren.