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    泡沫是怎么形成的?表面張力如何影響泡沫的穩(wěn)定性

    來(lái)源:濟(jì)南潤(rùn)禾生物 瀏覽 1371 次 發(fā)布時(shí)間:2024-02-19

    泡沫在洗滌過(guò)程中起著重要的作用。泡沫是指氣體分散在液體或固體中的分散體系,氣體為分散相,液體或固體為分散介質(zhì),前者稱(chēng)為液體泡沫,而后者稱(chēng)為固體泡沫,如泡沫塑料,泡沫玻璃,泡沫水泥等。


    (1)泡沫的形成


    我們這里所說(shuō)的泡沫,是指被液體薄膜隔開(kāi)的氣泡的聚集物。這種泡沫由于分散相(氣體)和分散介質(zhì)(液體)的密度相差較大,加之液體的黏度低,因此氣泡總是能很快地升到液面。


    形成泡沫的過(guò)程是將大量氣體帶入液體,液體中的氣泡又很快返回到液面,形成由少量液氣隔開(kāi)的氣泡聚集體


    泡沫在形態(tài)上具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn):其一是作為分散相的氣泡常常是呈多面體形狀,這是因?yàn)樵跉馀莸南嘟惶帲幸环N液膜變薄的趨勢(shì)使氣泡成為多面體,當(dāng)液膜變薄到一定程度,則導(dǎo)致氣泡破裂;其二是,純凈液不能形成穩(wěn)定的泡沫,能形成泡沫的液體,至少是兩個(gè)以上的組分。表面活性劑的水溶液是典型的易產(chǎn)生泡沫的體系,其生成泡沫的能力與其他性能也有一定的關(guān)系。


    起泡力好的表面活性劑稱(chēng)為起泡劑。起泡劑盡管具有良好的泡沫能力,但形成的泡沫不一定能維持較長(zhǎng)的時(shí)間,即其穩(wěn)定性不一定良好。為了保持泡沫的穩(wěn)定,常在起泡劑中加入能增加泡沫穩(wěn)定性的物質(zhì),這種物質(zhì)稱(chēng)為穩(wěn)泡劑,常用的穩(wěn)泡劑有月桂酰二乙醇胺和十二烷基二甲基胺的氧化物。


    (2)泡沫的穩(wěn)定性


    泡沫是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,最后的趨勢(shì)是破泡之后體系內(nèi)液體的總表面積減小,自由能降低。消泡過(guò)程就是隔開(kāi)氣體的液膜由厚變薄,直至破裂的過(guò)程。因此,泡沫的穩(wěn)定程度主要是由排液快慢和液膜的強(qiáng)度決定的。其影響因素還有以下幾種。

    ①表面張力


    從能量觀點(diǎn)考慮,低表面張力對(duì)于泡沫的形成比較有利,但不能保證泡沫穩(wěn)定。表面張力低,壓差小,排液速度變慢,液膜變薄較慢,有利于泡沫的穩(wěn)定。


    ②表面黏度


    決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素在于液膜強(qiáng)度,而液膜強(qiáng)度主要決定于表面吸附膜的堅(jiān)固性,以表面黏度為其量度。實(shí)驗(yàn)證明,表面黏度較大的溶液所生成的泡沫壽命較長(zhǎng)。這是因?yàn)楸砻嫖椒肿娱g的相互作用導(dǎo)致膜強(qiáng)度增大,從而提高泡沫的壽命。


    ③溶液黏度


    當(dāng)液體本身的黏度增大時(shí),液膜中的液體不易排出,液膜厚度變薄的速度較慢,延緩了液膜破裂的時(shí)間,增加了泡沫的穩(wěn)定性。


    ④表面張力的“修復(fù)”作用


    表面活性劑吸附于表面的液膜,有反抗液膜表面擴(kuò)張或收縮的能力,我們將這一能力稱(chēng)為修復(fù)作用。這是因?yàn)橛斜砻婊钚詣┰诒砻嫔衔降囊耗ぃ瑪U(kuò)張其表面積將降低表面吸附分子的濃度,增大表面張力。進(jìn)一步擴(kuò)大表面將需要做更大的功。反之表面積收縮將增加表面吸附分子的濃度,即減小表面張力,不利于進(jìn)一步的收縮。


    ⑤氣體通過(guò)液膜的擴(kuò)散


    由于毛細(xì)壓力的存在,泡沫中小泡的壓力要比大泡壓力高,會(huì)造成小泡中的氣體透過(guò)液膜擴(kuò)散到低壓的大泡中,造成小泡變小,大泡變大,最終泡沫破裂的現(xiàn)象。如果加入表面活性劑,發(fā)泡時(shí)則可使泡沫均勻細(xì)密,不易消泡。由于表面活性劑緊密排列在液膜上,透氣困難,而使泡沫更加穩(wěn)定。


    ⑥表面電荷的影響


    如果泡沫液膜帶有相同符號(hào)的電荷,液膜兩個(gè)表面將互相排斥,防止了液膜變薄乃至破壞。離子型表面活性劑可起這種穩(wěn)定作用。


    綜上所述,液膜強(qiáng)度是決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。作為起泡劑和穩(wěn)泡劑的表面活性劑,其表面吸附分子排列的緊密性和牢固性是最重要的因素。表面吸附分子相互作用強(qiáng)時(shí),吸附分子排列結(jié)構(gòu)緊密,這不僅使表面膜本身具有較高的強(qiáng)度,而且因表面黏度較高使鄰近表面膜的溶液不易流動(dòng),液膜排液相對(duì)困難,液膜的厚度易于維持。此外,排列緊密的表面分子還能減低氣體分子的透過(guò)性從而也可增加泡沫的穩(wěn)定性。


    (3)泡沫的破壞


    破壞泡沫的基本原則就是改變產(chǎn)生泡沫的條件或消除泡沫的穩(wěn)定因素,因而有物理和化學(xué)兩種消泡方法。


    物理消泡就是在維持泡沫溶液的化學(xué)成分不變的情況下改變泡沫產(chǎn)生的條件,如外力的擾動(dòng)﹑溫度或壓力的改變以及超聲處理等都是消除泡沫的有效物理方法。


    化學(xué)消泡法是加入某些物質(zhì)與起泡劑發(fā)生作用,降低泡沫中液膜的強(qiáng)度進(jìn)而降低泡沫的穩(wěn)定性以達(dá)到消泡的目的,這樣的物質(zhì)稱(chēng)為消泡劑。消泡劑大多數(shù)為表面活性劑。因此根據(jù)消泡的作用機(jī)理,消泡劑應(yīng)當(dāng)具有較強(qiáng)的降低表面張力的能力,容易吸附在表面上,且表面吸附分子間的相互作用較弱,吸附分子排列結(jié)構(gòu)較為疏松。


    消泡劑的種類(lèi)多種多樣,但基本上都為非離子表面活性劑。非離子表面活性劑在其濁點(diǎn)附近或濁點(diǎn)以上時(shí)具有防泡性能,常用作消泡劑。醇類(lèi),特別是有分支結(jié)構(gòu)的醇﹑脂肪酸及脂肪酸酯﹑多酰胺﹑磷酸酯﹑硅油等也是常用的優(yōu)良消泡劑。


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