דה פריס עשה מחקר על יציבות קצף במערכות קצף שלב מים, להסביר את העקרונות הבסיסיים וכמה נקודות ייצוב בהיווצרות של קצף פוליאוריטן.
המחקר מאמין כי כאשר נפח מסוים של גז מפוזר בנפח יחידה של שלב נוזלי, על מנת לייצר קצף מיקרו-תאי מפוזר באופן אחיד יחסית, אנרגיה חופשית מסוימת (ΔF) חייבת להיות מיושמת על המערכת, כפי שבא לידי ביטוי בנוסחה הבאה.
△F=yA
כאשר ΔF היא האנרגיה החופשית; Y הוא מתח פני השטח; A הוא האזור הכולל של ממשק הבועה.
מאז במערכת קצף נוזלי, תמיד יש נטייה לשטח הפנים של ממשק גז נוזלי להקטין, אם המערכת לא ניתנת מספיק אנרגיה חופשית, הבועות בשלב הנוזלי יתמזגו או יקרסו. על פי העיקרון של הנוסחה לעיל, הוספת חומרים המפחיתים את מתח פני השטח y, כגון פעילי שטח שמן סיליקון, יכול להשיג אזור ממשק בועה כולל גדול יותר (A) תחת אותם תנאי אנרגיה ΔF. לכן, הוספת אנשים פעילי שטח מתאימים להקל על היווצרות של פיזור בועות בסדר.
מוביי כימי החברה של ארצות הברית השתמשה במצלמה במהירות גבוהה כדי לעקוב ולבחון את תהליך היווצרות של קצף פוליאוריטן. בתהליך של הגדלת בהדרגה את הצמיגות של החומר, הצורה והנפח של הבועות ישתנו עם הגדלת הזמן, ואת נפח הבועות ישתנה מקטן לגדול. הצורה גם מתפתחת בהדרגה ממבנה רשת כדורי לתלת-ממדי של פנטהדרון והקסהדרון.
על פי התיאוריה הקלאסית, בתהליך הקצפה, לחץ הגז בבועה הכדורית גדול יותר מהלחץ של הנוזל שמסביב; לחץ הגז בבועה הקטנה גדול מזה שבבועה הגדולה, והפרש הלחץ ביניהם הוא △ p ו- ΔP' מייצגים.
△p =2y/R
△p'=2y(1/R1-1/R2)
כאשר y הוא מתח פני השטח; R הוא רדיוס הבועה; R1 ו- R2 הם radii של בועות קטנות וגדולות, בהתאמה.
עם הזמן, הבועות הקטנות מתרחבות, מתפזרות ומתמזגות לתוך הבועות הגדולות יותר, מה שנותן לגז צורה ונפח גדולים יותר בהדרגה. אם תוסף התורם להפחתת מתח פני השטח מתווסף לנוסחה, הוא יסייע להפחית את הפרש הלחץ בין בועות גדולות וקטנות, לשפר את יציבות הקצף ולייצר מבנה קצף עם תאים עדינים יותר.
כמו הצד השני של גז נוזלי דו פאזי, התפקיד של הנוזל הוא נושא נוסף בדיון של ייצוב הבועה. אי אפשר להשיג בועות יציבות בנוזל טהור, ללא קשר למתח פני השטח של הנוזל. כדי להשיג בועות יציבות יחסית, יש לעמוד בשני התנאים הבאים:
1. יש לפחות שתי מערכות או יותר במערכת;
2. רכיב אחד של המערכת יכול להיות ספיחה מועדפת על פני השטח של הבועה. על פי התיאוריה גיבס, מתח פני השטח שלה נקבע על ידי סוג וכמות של מסיסים ספיחה.
dy=—ΣΓdμ
בנוסחה, Γ הוא הפוטנציאל הכימי של הרכיב; μ הוא עודף פני השטח של הרכיב.
על פי הקשר הנ"ל, במקרה של כמות מסוימת של solute, הגידול של שטח הפנים יפחית את עודף פני השטח, ואת הגידול של מתח פני השטח יעכב את ההתרחבות הנוספת של שטח הפנים, כלומר, סרט הבועה יהיה דליל עוד יותר. לכן, הגדלת מתח פני השטח יכול למנוע את הדילול של קיר הבועה ולתרום ליציבות הבועה.
הנוזל על סרט קיר הבועה יפיק ניקוז נוזלי עקב פעולה נימית, שהוא אחד הגורמים המשפיעים על יציבות התא.
איור 6.2 הוא תצוגת מודל חתך מוגדלת של חלק קיר הבועה.
על פי התיאוריה של לפלס ויאנג, שכן הלחץ של קרום דופן התא הנוזלי ב -(1) ו -(2) נמוך מהלחץ בקרום הקיר (3), הנוזל בקרום הקיר (3) עובר אל (1), (2) שניים בו זמנית, בשל השפעת כוח המשיכה, רוב הנוזל יזרום אל (2). כמות הזרימה הנוזלית היא פרופורציונלית למרחק L בין שני הקצוות של (1) ו- (2), כלומר, ככל שהמרחק L גדול יותר, כך כמות הזרימה הנוזלית גדולה יותר. כתוצאה מפיזור נוזלים, קיר הסרט נוזלי הבועה יהפוך דק יותר, וזה שלילי יותר ליציבות הבועה. ככל שהצמיגות של הנוזל גדולה יותר, כך קשה יותר לפזר את הנוזל. לכן, הגידול בצמיגות של הנוזל ללא ספק ישחק תפקיד חיובי ביציבות הקצף. אם כמה זרזים שיכולים לקדם את תגובת הג'ל הנוזלי מתווספים למערכת התגובה הנוזלית כדי להאיץ את קצב העלייה של הצמיגות הנוזלית, קצב הזרימה של הסרט הנוזלי יופחת, אשר מועיל להגברת היציבות של הקצף. באותו אופן, כאשר הטמפרטורה של מערכת החומר עולה, הצמיגות של הנוזל תקטן, מתח פני השטח יקטן, ואת הנטייה של הקיר הנוזלי בועה דק יגדל, אשר יאיץ את הקרע של סרט קיר הבועה.
בנוסף, יש גם אפקט חשמלי דו צדדי בייצוב הקצף. לדוגמה, פעילי השטח היוניים משני צידי קיר סרט הבועה, עקב התרחבות הבועות, יילכדו בתוך ומחוץ לסרט הנוזלי כאשר הסרט הנוזלי נמשך. יש מחסום מטען על פני השטח. כאשר משטח הקיר קרוב, הכוח הדוחה של שני המאפיינים החשמליים ימנע מדלל את קיר סרט הבועה, וכוח ואן דר ואלס משני צידי הקיר הנוזלי יהפוך את סרט קיר הבועה לדלל תחת פעולה של משיכה הדדית. אבל הכוח הזה חלש יחסית.
