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泡沫形成的原理是什么?阴离子表面活性剂为何可以作为起泡剂?

来源: Homelander Defoamer 浏览 75 次 发布时间:2024-07-02

泡沫是什么?


泡沫是由稳定气泡发展而成分散在液体或者固体的分散体系,是热力学不稳定的体系,因此会自动破坏。泡沫发生自动破坏的原因主要有液膜的排液、膜的破裂以及气体的扩散。


如何才能由气泡发展为泡沫?


纯液体是很难发展为泡沫的,因为纯液体表面自由能很高,需要在液体中注入大量能量,比如持续大流量的往液体中鼓入气体。即使这样,泡沫也很难稳定存在,纯液体产生的气泡膜里的水受重力影响,排液速度极快,在极短的时间内就能使得泡沫膜的厚度降到10nm~40nm,这个厚度已经不能维持泡沫的稳定,随即泡沫破裂,气体扩散。


如果一个气泡都不能稳定存在,那么发展为泡沫就无从谈起。


现在往水中再加入第三种物质—表面活性剂,就可以降低体系的表面自由能,所以注入很少的能量就能发展为稳定的泡沫。


由于阴离子起泡能力最强,所以我们以阴离子表面活性剂作为体系中的起泡剂,看看阴离子表活发生了什么作用。

1、降低体系的表面张力


液体的表面张力是影响泡沫稳定性的因素之一。纯水的表面张力大(72mN/m),因此较难形成稳定的泡沫。肥皂水表面张力较低(38mN/m),就很容易形成泡沫,即生成泡沫时,外部对其作功相对地较少。比如,我们利用鼓泡法使得纯水与肥皂水溶液到达同样高的泡沫高度,纯水所注入的气体和能量要比肥皂水大得多。


表面张力的降低可以较为容易产生泡沫,但不能保证泡沫有较高的稳定性。丁醇水溶液表面张力比纯水低得多,很容易产生泡沫,但是泡沫稳定性、持久性很差,很快就会破裂。


2、液膜双电子层


既然表面张力的降低较为容易产生泡沫,但是稳定性从何而来。以阴离子表面活性剂为例。电离后的起泡表活亲水端与水亲和力较强,疏水端指向空气或者气泡一端。所以,起泡表活会在水面与空气的交界处形成一个富集区,这块区域的表活浓度最高,形成一个以亲水头部在下,疏水尾部朝上的膜。溶解在水中的浓度较低。此时,为单电子层。当产生气泡后,气泡膜内外部会产生双电子层,带电离子同性相斥,保持住气泡膜的厚度,阻止气泡膜的排液,使得泡沫稳定。


3、表面黏度


前面已经提过,起泡表活会在气液界面形成一个富集区,在液面的浓度较高,会使得在一个较为窄的液面层形成一个高粘度区域。决定泡沫稳定性的关键是气泡膜的强度,其强度与气泡膜表面所吸附的表活浓度有关。大量的起泡表活被吸附在泡沫膜上会提高膜的黏度,高粘度阻碍了排液的进行,从而使得泡沫稳定。


4、液体黏度


高粘度液体产生的泡沫,其泡沫膜的表面黏度也较高,黏度高使得液体流动较慢,减慢了液膜的排液,泡沫稳定性提高。在造纸过程中,由于树木中含有纤维素、溶胶等,增加了体系的黏度,势必会产生稳定泡沫。


综上,泡沫膜上较高浓度的表活使得黏度增大是泡沫稳定的关键。