ફીણ (foam) : પ્રવાહીના પ્રમાણમાં નાના કદમાં, પ્રવાહીની ફિલ્મ દ્વારા એકબીજાથી અલગ રહેલા વાયુના પરપોટાના અસંતુલિત (non equilibrium) પ્રકીર્ણન(dispersion)થી બનેલો પદાર્થ. પરપોટાને અલગ પાડતી પ્રવાહીની ફિલ્મ જાડી (આશરે 1 મિમી.) હોય તો પરપોટા ગોલીય (spherical) હોય છે પણ જો પ્રવાહીની ફિલ્મ પાતળી (આશરે 0.01 મિમી.) હોય તો તેમનો આકાર બહુફલકીય (polyhedral) હોય છે. સામાન્ય રીતે શુદ્ધ પ્રવાહીઓ ફીણ ઉત્પન્ન કરતાં નથી, કારણ કે તેઓ કાયમી ફિલ્મ બનાવતાં નથી. પણ જો પ્રવાહીમાં એવો પદાર્થ હાજર હોય કે જે પ્રવાહીની સપાટી ઉપર અધિશોષિત થાય તો પ્રમાણમાં કાયમી ફિલ્મ બને છે. દા.ત., શુદ્ધ પાણી ફીણ ઉત્પન્ન કરતું નથી, પણ જો તેમાં સાબુ કે ડિટર્જન્ટ જેવો પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થ ઉમેરેલો હોય તો પાણીમાં ફીણ ઉત્પન્ન થાય છે. આ રીતે અધિશોષિત થતા પદાર્થો સાચું દ્રાવણ (true solution) બનાવતાં હોય છે અથવા તેઓ ઘન પદાર્થના બારીક કણો હોય છે કે જે પ્રવાહી દ્વારા નબળા આર્દ્રન(wetting)ને કારણે સપાટી પર તરતા રહે છે. જોકે બંને કિસ્સામાં ઉમેરેલા પદાર્થનું પૃષ્ઠસ્તર (surface layer) ઉત્પન્ન થાય છે. આ અધિશોષિત પદાર્થની દ્રાવણના સમગ્ર જથ્થામાં જવાની અનિચ્છા(reluctance)ને કારણે પૃષ્ઠસ્તર જળવાઈ રહે છે અને ફીણ ઉષ્માગતિજ સ્થાયિત્વ જાળવી રાખે છે. આ ફીણ ઉષ્માગતિજ ર્દષ્ટિએ સ્થાયી હોવા છતાં તે યંત્ર રૂપે (mechanically) નાજુક (ભંગુર, fragile) હોય છે. જોકે બે કાર્યવિધિઓ એવી હોય છે, જે આ ભંગુરતાને નિવારી (off set) શકે છે અને પ્રવાહીની ફિલ્મને લવચીકતા (resilience) અને સુઘટ્યતા (plasticity) આપે છે.
બાહ્ય યાંત્રિક (mechanical) તણાવ (strain) બાદ પ્રવાહીની ફિલ્મની લવચીકતા અથવા સ્થિતિસ્થાપકતાની પુન:પ્રાપ્તિ એ જૂની સપાટીની સરખામણીમાં તાજી ઉદભવેલી (નવી) સપાટીના ઊંચા પૃષ્ઠતાણને આભારી છે. આ ઊંચું પૃષ્ઠતાણ પ્રારંભિક ભંગાણને સમારી લે છે. આ ગુણ સમગ્ર દ્રાવણના અથવા અધસ્તલ(subsurface)ના પૂરતા જથ્થાની હાજરી પર આધાર રાખે છે; લવચીકતાની ઊણપ ફીણને ભાંગી નાખે છે.
વિલાર્ડ ગિબ્સે પૃષ્ઠીય સ્થિતિસ્થાપકતા, (E) માટે નીચેનું સમીકરણ આપ્યું છે :
જ્યાં s એ ફિલ્મનું પૃષ્ઠીય ક્ષેત્રફળ અને dγ/ds એ પૃષ્ઠતાણ-પ્રવણતા (gradient) છે.
નિર્મળ પ્રવાહીમાંથી બનેલા ફીણનું દૂરથી અવલોકન કરતાં તે એકરૂપ (homogeneous) અને સફેદ જેવું દેખાય છે પણ તેને નજીકથી બારીકાઈથી જોતાં વિવક્ત (distinct) વાયુ-પરપોટાના સુસંકલન(close packing)થી રચાતી જટિલ સંરચના સ્પષ્ટ બને છે. વાસ્તવમાં ફીણમાંના વાયુ-પરપોટાનાં કદ અને આકાર વાપરવામાં આવેલ પ્રવાહી, ફીણ ઉત્પન્ન કરવાની રીત, પૃષ્ઠસક્રિય સંઘટકો તથા ઉમેરવામાં આવેલાં અન્ય રસાયણો જેવાં કે શ્યાનતા-રૂપાંતરકો અથવા બહુલકી સ્થાયીકારકો ઉપર આધાર રાખે છે. સમયની ર્દષ્ટિએ જે ફીણ સ્થાયી હોય છે તેને દ્રવ્યનું એક સ્વરૂપ ગણી શકાય પણ તેનું ઘન, પ્રવાહી કે વાયુ તરીકે વર્ગીકરણ થઈ શકતું નથી. તેઓ ઘનની માફક પ્રત્યાસ્થીય રીતે વિરૂપણ સહી શકે છે, પ્રવાહીની માફક વહી શકે છે તેમજ ગમે તે આકારમાં વિરૂપણ પામી શકે છે તથા વાયુની માફક ખૂબ દબનીય હોય છે.
ફીણના પ્રકાર :
(1) અતિશય આર્દ્ર ફીણ (very wet foam, froth) : પરપોટામાં પ્રવાહીનો જથ્થો પૂરતા વધુ પ્રમાણમાં હોય તો ફીણ અલગ તરી આવતા ગોલીય પરપોટાનું બનેલું હોય છે. આ પરપોટા ભારે પ્રવાહીને ખસેડીને ઉપલી સપાટી તરફ આવે છે. આવી સ્થિતિ ઊભરા (froth) તરીકે ઓળખાય છે. હળવાં પીણાં કે શેમ્પેનની બૉટલને ખોલતાં આવી ઘટના જોવા મળે છે.
(2) આર્દ્ર ફીણ (wet foam) (ગોલીય પરપોટા) : 5 % કરતાં વધુ પ્રવાહી ધરાવતાં ફીણ ગોલીય પરપોટા બનાવવાની વૃત્તિ ધરાવે છે. તે આર્દ્ર ફીણ કહેવાય છે.
(3) શુષ્ક ફીણ (dry foam) (બહુફલકીય પરપોટા) : કદથી 1 % કરતાં ઓછું પ્રવાહી ધરાવતા ફીણને શુષ્ક ફીણ કહે છે. તેના પરપોટા બહુફલકીય હોય છે.
(ક) સંરચના-માપન : ફીણની સંરચના સીધી માપવાની એક તકનીકને શીત સૂક્ષ્મદર્શિકી (cryomicroscopy) કહે છે. તેમાં ફીણને ઝડપથી ઠારી દઈ તેના ઘન સ્વરૂપને કાપીને અલગ કરી પ્રકાશિક અથવા ઇલેક્ટ્રૉન સૂક્ષ્મદર્શક વડે તપાસવામાં આવે છે. આવી પદ્ધતિઓ બહોળા વપરાશમાં છે અને તે ફીણની સંરચનાનું સ્વરૂપ સીધું દર્શાવે છે.
(ખ) સ્થાયિત્વ (stability) : વપરાશી ફીણનું અવક્રમણ (degradation) ઓછામાં ઓછું કરવાનું હોય કે વધુ પડતાં ફીણ ઉત્પન્ન થતાં અટકાવવાનાં હોય, બંને ર્દષ્ટિએ ફીણના સ્થાયિત્વનું નિયંત્રણ તેના ઉપયોગ માટે અગત્યનું છે. લાંબો સમય ટકતા ફીણમાં વાયુ અંશ વધુ હોય છે અને પરપોટા ખીચોખીચ સંકુલિત થયેલા હોય છે.
સાબુના નિષ્કાસિત ફીણની જાડાઈ સફેદ પ્રકાશ વડે તેને પ્રકાશિત કરતાં જોવા મળતા વિવિધ રંગોને કારણે નરી આંખે જોઈ શકાય છે. ફીણનું સ્થાયિત્વ માપવાની એક સામાન્ય ઇજનેરી તકનીક તે ઉત્પન્ન થયેલા ફીણનો જથ્થો માપવાની છે.
(ગ) ધારાવિજ્ઞાન (rheology) : ફીણની વર્તણૂક વર્ણવવા માટે અવારનવાર વપરાતું સાદું વિરૂપણ પ્રવાહિકીય (rheological) પ્રતિરૂપ (model) એ બિંઘમ પ્લાસ્ટિકનું છે. પરાભવબિંદુ પ્રતિબળ (yield stress) અને અસરકારક શ્યાનતા (viscosity) જેવાં વિરૂપણ-પ્રવાહિકીય પ્રાચલો માપવા માટે બજારમાં પ્રવાહમાપકો (rheometers) ઉપલબ્ધ હોય છે.
ઉત્પાદન : ઇચ્છનીય ગુણધર્મોવાળા, ખાસ હેતુ માટે ઉપયોગી ફીણના ઉત્પાદન માટે કેટલીક પ્રવિધિઓ જાણીતી છે. તેમાંની એક સાદી રીત દબાણ હેઠળ રહેલા વાયુને છિદ્રિત કાચ દ્વારા સીધો પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થના જલીય દ્રાવણમાં પરિક્ષેપિત કરવાની છે. શેવિંગ ક્રીમ જેવા નાના પરપોટાનાં બનેલાં અત્યંત પુન:ઉત્પાદિત ફીણ માટે વાયુવિલય પદ્ધતિ ખાસ અનુકૂળ ગણાયેલ છે. તેમાં વાતાવરણના દબાણે મુક્ત થતાં નોદક-સૂક્ષ્મબિંદુઓનું વાયુના બારીક પરપોટામાં બાષ્પન થાય છે, જે ફીણ રૂપે મળે છે.
ફેનિલ (foamed) અથવા કોશિકીય (cellular) પ્લાસ્ટિક બે પ્રકારનાં હોય છે : સંવૃત (closed) કોષવાળાં અને ખુલ્લા કોષવાળા. સંવૃત કોષવાળા પ્લાસ્ટિકમાં પ્રત્યેક કોષ સંપૂર્ણપણે પરિબદ્ધ (enclosed) હોય છે. જ્યારે ખુલ્લા કોષવાળા પ્લાસ્ટિકમાં વાદળી(sponge)ની માફક કોષ પરસ્પર સંકળાયેલા હોય છે. આવાં ફીણ રેઝિનમાં ધમણ(blowing)થી અથવા ફીણકારી (foaming) પદાર્થો ઉમેરી તેને ગરમ કરવાથી મળે છે. ઘણી વાર નીચા તાપમાને ઊકળતું ફ્લોરોકાર્બન જેવું પ્રવાહી પણ આ માટે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. સામાન્ય ફીણકારકો તરીકે કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ કે નાઇટ્રોજન જેવા વાયુઓ ઉત્પન્ન કરનાર સંયોજનો હોય છે. દા.ત., એઝોડાઇકાબૉર્નેમાઇડ ગરમ થતાં કાર્બન મૉનૉક્સાઇડ (CO), નાઇટ્રોજન (N2) અને એમોનિયા (NH3) મુક્ત કરે છે. પૉલિસ્ટાયરીન અને પૉલિયુરિધેન આવાં ફીણ છે. નમ્ય (flexible) ફીણ (ઘનતા 100 કિગ્રા. ઘમી.–1 થી ઓછીવાળાં) રેઝિન, ફર્નિચર, ગાદલાં વગેરે માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ર્દઢ (rigid) ફીણવાળા પદાર્થો ઇન્સ્યુલેશન માટે વપરાય છે.
ઉપયોગો : જે વિધિઓમાં પ્રવાહીનું વલોવણ થતું હોય અથવા પ્રવાહીમાં હવાનું બુદબુદન કરવામાં આવતું હોય તેમાં સામાન્ય રીતે ફીણ ઉત્પન્ન થતાં હોય છે. તેમના ભૌતિક ગુણધર્મોમાં રહેલી વિવિધતાને કારણે ફીણ વિભિન્ન પ્રકારે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
(i) અગ્નિશમન (firefighting) : આગના શમન માટે વપરાતાં ફીણ સાંદ્ર ફીણકારકમાંથી બનાવેલાં હોય છે. તેને પાણી વડે મંદ બનાવી તેમાં હવા ભેળવવામાં આવે છે. અગ્નિશમન માટેનાં આવાં ફીણ પ્રસરણ-ગુણોત્તર નામની લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. આ ગુણોત્તર ફીણ બન્યા પછી પ્રવાહીના કદમાં થતા વધારાનું પ્રમાણ દર્શાવે છે. આવા ગુણોત્તર 5 : 1 થી 1000 : 1 સુધીનાં હોય છે. મોટાભાગનાં ફીણકારી સંકેન્દ્રણોમાં પ્રાણીઓમાંથી મળતાં પ્રોટીનનો સમાવેશ થતો હોય છે.
(ii) ખાદ્ય પદાર્થો : અનેક જાતના ખાદ્ય પદાર્થોમાં ફીણની ઉત્પત્તિ સામાન્ય હોય છે. ફીણેલી (whipped) મલાઈ, ઈંડાની સફેદી, ખાંડ ઇત્યાદિ નાખીને કકરી બનાવેલી મીઠાઈ (meringue), હાંડવો, ઢોકળાં વગેરેમાં ફીણ અગત્યનું હોય છે. આઇસક્રીમ પણ બારીક ફીણ ધરાવે છે. આ બધાં ફીણ પ્રોટીન વડે સ્થાયીકૃત (stabilized) થયેલાં હોય છે. આમાં ઈંડાંની સફેદી અને દૂધનાં પ્રોટીન અગત્યનાં છે. બિયરમાંનું ફીણ તેમાં ઓગળેલા કાર્બન ડાયૉક્સાઇડને આભારી છે. ગુણવત્તા સુધારવા દબાણ હેઠળ નાઇટ્રોજન વાયુ પણ વપરાય છે.
(iii) પદાર્થોનું અલગીકરણ : કેટલાક પદાર્થોને ભૌતિક રીતે અલગ કરવા માટે ફીણની ઉત્પ્લાવકતા અને ર્દઢતાનો ઉપયોગ થાય છે. ફીણમાંની બાષ્પના મોટા કદના વાયુઓને ગાળવા માટે ઉપયોગ થઈ શકે છે. વિભિન્ન પૃષ્ઠસક્રિયતાવાળાં રસાયણોના અલગીકરણ માટે ફીણનું મોટું ક્ષેત્રફળ ઉપયોગી નીવડે છે.
(iv) તેલની પુન:પ્રાપ્તિ : ફીણનો મોટો આંતરફલકીય વિસ્તાર (area) અને વહેતા ફીણના વિવક્તકારી (distinctive) વિરૂપણ-પ્રવાહિકીય ગુણો તેલનાં અલગન અને પુન:પ્રાપ્તિ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. તેલના કૂવાના શારકામથી માંડીને તેલની પ્રથમ અને અંતિમ પુન:પ્રાપ્તિ સુધીના તબક્કાઓમાં પણ ફીણ ઉપયોગી નીવડે છે.
(v) પ્રક્ષાલકો (detergents) : ગંદાં કપડાં કે વસ્તુઓ ધોવા માટે જે પ્રક્ષાલકો વપરાય છે તે ફીણ ઉત્પન્ન કરતા પદાર્થો છે. ફીણને કારણે પ્રક્ષાલક વસ્તુની સમગ્ર સપાટી પર પ્રસરી જાય છે અને તેની સપાટી પરથી મેલ દૂર કરવામાં મદદરૂપ થાય છે.
(vi) કાપડ-ઉદ્યોગ : કાપડ-ઉદ્યોગમાં સ્ક્રીન પ્રિન્ટિંગ અસ્તર ચડાવવામાં, તેમજ કેટલાક પ્રકારના રંગ ચઢાવવામાં પણ ફીણ ઉપયોગી બને છે.
(vii) સૌંદર્યપ્રસાધનો : શેવિંગ ક્રીમ કે શેમ્પૂ જેવા પદાર્થો વાપરવામાં આવે ત્યારે ફીણ આર્દ્રક અને સ્નેહક તરીકે વર્તે છે.
આશિષ દિનેશકુમાર પટેલ