Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han descubierto dos mecanismos distintos por los cuales las espumas pueden colapsar, arrojando información sobre la prevención / aceleración de la ruptura de la espuma en materiales industriales, p.ej., alimentos productos cosméticos, aislamiento y productos químicos almacenados. Cuando una burbuja se rompe encontraron que un evento de colapso se propaga a través del impacto con la película que retrocede y pequeñas gotas dispersas que rompen otras burbujas. Identificar qué mecanismo es dominante en diferentes espumas puede ayudar a adaptarlas a aplicaciones específicas.

Las espumas juegan un papel clave en una amplia gama de productos industriales, incluyendo alimentos, bebidas productos farmacéuticos, productos de limpieza y cosmética. Tienen aplicaciones de materiales como aislamiento de edificios, interiores de aeronaves y barreras ignífugas. También pueden ser una propiedad no deseada de un producto de la formación de espuma en los productos químicos almacenados durante el tránsito. Desde una perspectiva científica, también constituyen una forma única de materia, un delicado equilibrio entre la compleja red de fuerzas que actúan sobre la red de película líquida que forma su estructura y la presión del gas atrapado en su interior. Comprender cómo se comportan las espumas puede generar nuevos conocimientos físicos, así como mejores formas de usarlos.

Naoya Yanagisawa y la profesora asociada Rei Kurita se propusieron observar cómo colapsan las espumas. Tomaron una solución de agua, glicerol y un tensioactivo común (un agente estabilizador de película) y creó una espuma bidimensional aplastada entre dos piezas de vidrio. Usando una cámara ultrarrápida y una aguja, pudieron romper de manera controlada una burbuja en el borde de la balsa de espuma y observar el colapso colectivo de la burbuja (CBC). Identificaron dos formas distintas en las que la rotura de una burbuja en el borde condujo a una cascada de eventos de rotura a su alrededor. un modo de propagación debido a la absorción de la película de la burbuja rota en la película líquida circundante, y un modo "penetrante" debido a la liberación de gotitas del evento de ruptura que se alejan volando y rompen otras burbujas.

A medida que los investigadores cambiaron la cantidad de agua en la película, identificaron varias tendencias clave sobre cómo reaccionan las burbujas a nivel microscópico. Por ejemplo, descubrieron que más líquido en la espuma provocaba la liberación de gotitas más lentas, que no pueden penetrar las películas circundantes. Esto se correlacionó con una caída drástica en el número de burbujas colapsadas; Por lo tanto, los CBC se sustentaron de manera crucial en el modo penetrante de colapso. La velocidad de las gotas se determinó por la velocidad a la que retrocedió la película; Se encontró que esta velocidad de flujo era proporcional a la presión osmótica de la película, es decir., la presión a la que un líquido que entra en contacto con la espuma se introduce en la red de películas. El equipo demostró que las ecuaciones de Navier-Stokes, relaciones clave que describen cómo se comportan los fluidos a lo largo del tiempo, podría utilizarse para explicar estas tendencias.

Un hallazgo clave fue que cambiar la viscosidad del fluido no condujo a un cambio significativo en el número de burbujas rotas. Los métodos para estabilizar las espumas comúnmente se basan en cambiar la viscosidad, sin embargo, los hallazgos del equipo muestran claramente cómo tanto el número de burbujas colapsadas como la velocidad de la película que retrocede no se ven afectados. Junto con el papel dominante que juega el modo penetrante, Las estrategias futuras para prevenir el colapso de la espuma pueden, en cambio, centrarse en combinar múltiples tensioactivos para hacer que la película sea más resistente al impacto de las gotas.

El estudio ha sido publicado en línea en la revista Informes científicos .