泡沫及其稳定原理

在工业生产和日常生活中, 由于种种原因会产生大量的泡沫, 直接影响到生产效率, 严重时可导致生产无法进行, 特别在造纸、涂料、纺织、食品、制药及石油化学等行业中, 泡沫的危害更

为突出, 造成的后果更为严重。本文对泡沫及稳定原理、泡沫的消除方法进行了总结, 综述了消泡剂的作用机理及其性能评价方法, 并对消泡剂及其性能的评价方法进行了展望。

1.  泡沫及其稳定原理

1.1　泡沫

泡沫的研究最早可以追溯到柏拉图时代 ,但几百年来, 人们对泡沫的定义一直没有形成统一的认识 。美国胶体化学L.I.Osipow和道康宁公司的R.F.Smith从泡沫的密度方面对泡沫进行了定义;日本的伊藤光一从泡沫结构的角度对泡沫进行了定义, 但是却忽略了气泡间的相互联系;我国著名的表面物理学家赵国玺教授对泡沫的定义为:泡沫是气体分散于液体中的分散体系, 气体是分散相(不连续相), 液体是分散介质(连续相), 液体中的气泡上升至液面,

形成少量液体构成的以液膜隔开气体的气泡聚集物。目前, 国内外学者一致认为:泡沫本身是一种热力学不稳定体系, 当气体进入含有表面活性剂的溶液中时, 便会形成长时间稳定的泡沫体系。

1.2　泡沫的稳定原理

1.2.1　泡沫的衰减机理

在重力和压力差存在的条件下泡沫的液膜会不均衡的流动排液, 气泡中的气体也会因为泡膜两边压力差不同的原因不断的发生扩散渗透,所以泡沫本身的不稳定性主要从动力学方面得以体现。

其衰减的机理主要有气体透过液膜的扩散和液膜的排液这两个方面 , 这两种性质是泡沫本身固有的属性, 与表面活性剂的存在与否都没有关系, 但是这两种衰减机理, 只在泡沫体系形成的初始阶段作用比较明显, 随着泡沫体系的衰减, 这两种作用逐渐减弱, 使得泡沫衰减的速率逐渐变慢。

1.2.2　泡沫的稳定因素

泡沫产生的直接原因是表面活性剂的存在,使溶液的表面张力降低, 在此原因和泡沫衰减机理的共同作用下, 不同的泡沫体系表现出不同的稳定性能主要和以下几种因素有关:起泡溶液的表面张力、泡沫的表面粘度、溶液的粘度、表面张力的自我修复作用(即Gibbs表面弹性和Marangoni效应)、液膜的表面双电层斥力和熵斥力、表面活性剂的疏水端结构和空间位阻效应等, 这些因素之间不是独立存在的, 一种因素的改变会使其他的一些因素也改变。影响泡沫的稳定性最主要的因素就是液膜的弹性和排液速率, 从这个角度考虑可以看出在不同的泡沫体系中泡沫稳定性影响的主要因素都是不同的, 并且往往有时几种影响因素同时存在、共同作用。

除以上这些因素外还有些因素也会影响到泡沫的稳定性, 如泡沫的大小、溶质与溶剂的配合、温度、pH值、溶剂的蒸发速率、泡沫的受冲击程度以及表面活性剂的吸附速率等。