第3章表面活性劑的功能與應(yīng)用起泡和消泡作用.ppt

1、泡沫是指氣體分散在液體中的一種分散體系。氣體是分散相，液體是分散介質(zhì)。泡沫有兩種類型： (1) 稀泡沫 氣體分子以小的球形均勻分布在較粘稠的液體中。氣泡周圍的液膜較厚，且彼此之間相距較遠(yuǎn)。每個單獨(dú)存在的氣泡都呈圓球形。 (2) 濃泡沫（多面體泡沫） 氣體占的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于液體，液體的黏度較小，氣泡很容易上升到液體表面，泡沫相互聚集，氣泡之間被很薄的液膜隔開，形成一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在表面張力和重力的共同影響下，氣泡之間的隔膜變薄，而氣泡的形狀大小各異。氣/液接觸（氣體是分散相，液體是分散介質(zhì)，連續(xù)相） 發(fā)泡速度高于破泡速度 在水中加入少量的表面活性劑并充氣即可得到穩(wěn)定的泡沫。泡沫是氣體分散在液體中粗

2、分散體系，熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，泡沫會自動破壞。（1） 泡沫液膜的排液-機(jī)制1 液膜看作毛細(xì)管，液體從膜中排出的速度膜厚4，隨著排液的進(jìn)行，液膜厚度減少，排液速度急劇減慢。 排液的主要原因： 重力排液 存在密度差，液膜在重力作用下向下排液使液膜減薄，重力排液僅在液膜較厚時起主要作用。 表面張力排液表面張力排液 rp2lb處液體壓力a處，液體會從b處向a處排，使氣泡間膜變薄而破裂；膜的夾角是120時，a和b之間的壓差最小，因此，多邊形泡沫結(jié)構(gòu)中多是六邊形的。plateauplateau邊界邊界laplace laplace 公式公式當(dāng)液膜不破裂時，泡沫還會因氣體的擴(kuò)散而破壞。 小氣泡內(nèi)的壓力大氣泡內(nèi)

3、的壓力，氣泡通過液膜向大氣泡排氣。小氣泡變小、消失。 液面上的氣泡會通過液膜直接向大氣排氣。氣泡破滅。rp2氣泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散-機(jī)制二laplace laplace 公式公式 起泡性 泡沫形成的難易程度和生成泡沫量的多少。 穩(wěn)泡性 生成泡沫的持久性、消泡的難易，即泡沫的壽命起泡力的表征：起泡力的表征：表面活性劑降低水的表面張力的能力，降低表面張力的能力越強(qiáng), 起泡力越強(qiáng)。 加壓通氣或攪拌等方式對體系做功： w外=e=ae泡沫產(chǎn)生前后體系的能量差w外一定， 越低，a越大，起泡越容易。（1 1）表面活性劑的起泡力）表面活性劑的起泡力陰離子表面活性劑 羧酸鹽 硫酸鹽 磺酸鹽 琥珀酸單酯磺酸鈉脂肪酸鹽鄰

4、苯二甲酸單脂肪醇酯鈉鹽脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉烷基硫酸鹽烷基硫酸乙醇胺鹽脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉烷基磺酸鹽烷基苯磺酸鹽脂肪醇聚氧乙烯醚單琥珀酰胺磺酸二鈉脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸單酯銨鹽磺酸鈉n-脂肪酰基乙醇胺琥珀酸單酯磺酸二鈉脂肪酰胺琥珀酸單酯磺酸二鈉穩(wěn)泡性：泡沫的持久性或泡沫壽命的長短，這與液膜的性質(zhì)密切相關(guān)。（1）表面張力（2）表面張力的自修復(fù)作用（3）氣體的透過性（4）界面膜的性質(zhì) 表面黏度 界面膜的彈性（5）表面電荷（6）表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)（7）其他降低液體的表面張力，有利于生成泡沫。在當(dāng)界面膜有一定的強(qiáng)度，能形成多面體泡沫時，低表面張力有助于泡沫的穩(wěn)定。不是泡沫穩(wěn)定的決定因素。 丁醇水溶

5、液的表面活性劑水溶液的rp2表面張力的修復(fù)作用：在泡沫受到外力沖擊時，有使液膜厚度和強(qiáng)度恢復(fù)的作用。gibbs彈性。 外界沖擊(震動、塵埃碰撞、氣流沖擊）及液膜受重力排液時，液膜局部變薄、面積增大、表面吸附分子濃度降低，表面張力增大； 局部表面張力梯度的形成。 對于泡沫的穩(wěn)定性來說，表面活性劑使液膜具有g(shù)ibbs彈性與自修復(fù)作用比降低表面張力更重要。表面活性劑向變形處遷移的方式： 自低表面張力區(qū)遷移之高表面張力區(qū)。 溶液中的表面活性劑分子吸附至表面，恢復(fù)表面分子的密度，使受到?jīng)_擊的液膜表面張力恢復(fù)到原來值。 雖然恢復(fù)到原來值，但液膜厚度不能恢復(fù)，泡沫穩(wěn)定性較差，如一般的醇類水溶液。氣體透過性與

6、表面吸附膜的緊密程度有關(guān)。表面吸附分子排列越緊密，表面粘度越高，氣體透過性越差，泡沫穩(wěn)定性越好。如在十二烷基硫酸鈉溶液中加入月桂醇決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面粘度和彈性。 表面粘度 液膜的強(qiáng)度主要取決于表面吸附膜的堅(jiān)固性，而堅(jiān)固性通常用表面粘度來度量。 表面粘度通常由表面活性分子在表面上所構(gòu)成的單分子層產(chǎn)生。 凡是表面粘度較高的體系，所形成泡沫的壽命也較長。如表面活性不高的蛋白質(zhì)和明膠溶液。 液體內(nèi)部粘度的增加也有利于泡沫的穩(wěn)定，但僅是輔助影響因素。穩(wěn)定作用順序： - n-極性取代酰胺未取代酰胺硫酰醚甘油醚伯醇 - 帶有c10疏水基的烷基硫酸鹽和烷基季銨鹽泡沫壽命長 - 蛋白質(zhì)分子大，

7、泡沫壽命長 - 疏水基分支較多的表面活性劑所形成泡沫穩(wěn)定性差。 不飽和烯烴硫酸酯鹽水溶液泡沫穩(wěn)定性差； 直鏈?zhǔn)徕洝⑹榛蛩徕c水溶液泡沫穩(wěn)定性好。表面粘度并不是越高越好，還需要考慮界面膜彈性。 - 十六醇形成的泡沫液膜表面粘度和強(qiáng)度都很高，但剛性強(qiáng)易破。 界面膜的彈性 表面活性高、分子較大，擴(kuò)散系數(shù)較小的物質(zhì)較好。當(dāng)液膜為離子型表面活性劑所穩(wěn)定時，液膜的兩個面會吸附表面活性劑離子（如c12h25so4-）而形成兩個帶同號電荷的表面，反離子擴(kuò)散分布在膜內(nèi)溶液中，與表面形成兩個擴(kuò)散雙電層。 液膜較厚時，這兩個雙電層不發(fā)生作用。 當(dāng)液膜變薄到一定程度，兩個雙電層發(fā)生重疊，液膜兩個表面相互排斥。

8、排斥作用主要由雙電層的電勢和厚度決定。（阻止排液減薄，提高泡沫穩(wěn)定性）無機(jī)電解質(zhì)的加入對泡沫的穩(wěn)定不利。表面活性劑的疏水基親水基表面活性劑的濃度通常隨疏水基碳鏈的增加，泡沫的界面膜有較大的機(jī)械強(qiáng)度和彈性，起泡力隨之增加，但常會達(dá)到一個最高值后起泡力下降。脂肪酸鈉鹽起泡劑： c12c14較好； c8和c10形成的表面膜強(qiáng)度低，泡沫穩(wěn)定性差； c16和c18溶解度差，表面膜剛性強(qiáng)，穩(wěn)定性差； 親油基帶有側(cè)鏈或親水基在其中間，泡沫穩(wěn)定性差； 碳鏈長度相同，不飽和雙鍵數(shù)目增加，起泡力顯著下降。烷基苯磺酸鈉起泡劑 c14具有最低的表面張力和最高的起泡力。隨著碳原子數(shù)目增加，起泡力下降。 烷基苯磺酸鈉應(yīng)用

9、最廣。十二烷基與磺酸鈉處于苯環(huán)的對位起泡力最好；直鏈比支鏈的好。親水基的水化能力強(qiáng)對泡沫的穩(wěn)定性有利。 直鏈陰離子型：親水基水化能力強(qiáng)，液膜表面帶電，穩(wěn)泡性能好。 非離子型：親水基聚氧乙烯醚在水中呈曲折型結(jié)構(gòu)不能形成緊密排列的吸附膜，并且水化能力差，不能形成雙電層，因此不能形成穩(wěn)定的泡沫。強(qiáng)的親水基匹配合適的親油基就是一個較好的起泡劑。如十六烷基硫酸鈉和十八烷基硫酸鈉。當(dāng)表面活性劑濃度低于cmc時，隨其濃度的增加，減少，發(fā)泡力增強(qiáng)，但泡沫的穩(wěn)定性差；當(dāng)表面活性劑濃度超過cmc時， 不再減少，甚至有時還會稍微增大，但活性劑分子在溶液表面富集，會形成越來越致密的表面膜，因此泡沫穩(wěn)定性增加；但濃度增

10、大到一定程度，泡沫含液量下降，脆性增加，泡沫不穩(wěn)定。其他因素包括：穩(wěn)泡劑、固體顆粒、水的硬度和ph值、壓力、氣泡大小分布以及溫度等。在影響泡沫穩(wěn)定的因素中，液膜的強(qiáng)度是最重要的。表面活性劑表面吸附分子排列的緊密性和牢固性是最重要的因素。泡沫的消除 (1) 物理法：溫度（液體蒸發(fā)或凍結(jié)）、急劇改變壓力、離心分離、超聲波振動及過濾。 (2) 化學(xué)法：消泡劑消泡劑：加入少量物質(zhì)能使泡沫很快消失的物質(zhì)。降低泡沫膜局部表面張力破壞膜的彈性降低液膜的粘度疏水固體顆粒的消泡作用消泡劑的泡沫液膜的，最后破裂、泡沫消除消泡劑浸入氣泡，頂替了液膜表面的穩(wěn)泡劑。加入極低的消泡劑（聚氧乙烯聚硅氧烷等），使膜失去彈性，

11、液膜最終因失去自修復(fù)作用而破壞。泡沫液膜的表面粘度表面粘度高有利于延長泡沫的壽命。 增加液膜強(qiáng)度、減緩液膜排液速度、降低液膜的透氣性，阻止泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散等。能產(chǎn)生氫鍵的穩(wěn)泡劑能提高液膜的粘度。疏水的固體顆粒（如二氧化硅）的作用是：將原來吸附于液膜表面的表面活性劑從液膜表面上拉下來進(jìn)入液膜的水相，使液膜表面上的表面活性劑濃度下降。增加了泡沫的不穩(wěn)定因素： 降低了液膜的表面粘度，致使液膜自修復(fù)能力變小，液膜透氣性增加，加速了液膜的排液速度和氣體擴(kuò)散速度。消泡劑應(yīng)該具備的性能： 能與泡沫表面接觸的親和能力； 能在泡沫上擴(kuò)散和進(jìn)入泡沫，并取代泡沫膜壁的性能； 不溶于介質(zhì)中； 能在泡沫介質(zhì)中分散的適宜顆粒作為消泡核心。（1）天然油脂和礦物油 主要成分脂肪酸及其酯、高級醇及其酯 天然油脂： 植物油：棉籽油、蓖麻油、油酸、椰子油、豬油、牛油和羊油等 蠟：棕櫚蠟、蜂蠟、鯨蠟等（2）固體顆粒 比表面積大，疏水性 sio2、膨潤土、硅藻土、脂肪酰胺和重金屬皂等。（3）表面活性劑 非離子表面活性劑 （4）有機(jī)硅消泡劑 多元醇脂肪酸酯 乙二醇單硬脂酸酯 甘油單硬脂酸酯 聚醚型 聚氧乙烯醚 聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物 脂肪醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚 甘油聚氧乙烯聚氧丙烯醚脂肪酸酯 含氧聚氧丙烯聚氧乙烯醚泡沫的定義及產(chǎn)生泡沫