表面活性剂的起泡和消泡.ppt

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1、表面活性剂化学及应用东华大学化学化工与生物工程学院张煊第七章表面活性剂的起泡和消泡作用有“工业味精”之称。最早的表面活性剂肥皂通常意义上的泡沫往往是由大量呈多面体状的气泡密集堆砌而成的集合体。气泡之间所隔的液膜很薄，一般仅为数百nm左右，所以，泡沫可以看作相互交联的立体液膜网络，属于气体分散在液体介质中的多相粗分散系统，其中，气体为分散相（不连续相），液膜为分散介质（连续相）。泡沫又是一个热力学不稳定的多相分散系统。经验表明：纯液体是不能形成泡沫的。第一节泡沫的破裂机理泡沫破裂的机理主要有以下两种：一．泡沫液膜的排液1．泡沫液膜的排液作用：（1）重力排液，由于液体密度比气体大得多，在重力的作

2、用下，液体沿液膜自上而下流动，造成上层液膜变薄的破裂。（2）表面张力排液，泡沫中多个气泡交汇处会形成plateau交界凹面液膜p处的附加压力平面液膜A处的曲率半径因趋于无穷，而即p处的压力小于A处，液体存在由A流向p的趋势。如果液体不断由泡壁向plaleau边界流动，则会导致泡壁变薄而破裂。液膜的排液作用，特别是表面张力排液是泡沫破裂的重要因素。二．泡沫中气体的扩散作用根据Laplace公式，小起泡液膜的附加压力的绝对值要大于大气泡，所以，小气泡内的压力则比大气泡大。气体存在由小气泡透过液膜向大气泡扩散的趋势。一旦扩散发生，则小泡更小，大泡更大，最终导致气泡兼并，甚至泡沫破坏。一、表面活性剂

3、的泡沫性能评价及其对泡沫稳定性的影响1、评价泡沫性能的两个指标起泡性和稳泡性以及Ross-Miles法起泡性，通常用Ross-Miles法测定的泡沫即时高度来表征稳泡性，通常用Ross-Miles法的泡沫静置高度H5min来表征。第二节表面活性剂起泡性和稳泡性能的评价2．对表面活性剂的起泡性的评价在做相同表面功的前提下，表面活性剂同系物的起泡性是随其疏水基增长而增大，而且，表面活性剂浓度愈接近CMC，起泡性愈大。解释为：当可逆表面功W恒定时，，即表面活性剂降低溶液的表面张力效率愈大，或者说CMC愈小者，其起泡性则愈大。3.对表面活性剂稳泡性的评价能够起泡则不一定就能形成泡沫，得到较稳定泡沫的

4、充分条件是起泡速率必须大于破泡速率。例如肥皂与烷基苯磺酸内虽然都具有良好的起泡性，它们的起泡性都达200mm以上，但肥皂的H5min即稳泡性较之更高，泡沫的稳定性更好。一般认为表面活性剂的起泡效能除了与其降低表面张力效能有关外，还与在液膜表面上的吸附分子间的内聚力及其膜粘度、膜弹性等因素有关。二．表面活性剂对泡沫稳定性的影响1.表面活性作用对泡沫稳定性的影响（1）表面张力降低作用泡沫是一种热力学不稳定性系统。加入表面活性剂后，溶液的表面张力大为降低，不仅容易起泡，而且，系统表面能的增幅大大降低，从而降低了泡沫的热力学不稳定性，有利于泡沫的稳定。单纯的表面张力降低，并不能充分保证泡沫的稳定性。

5、例如，一些纯有机溶剂：乙醇、己烷等，它们的表面张力在20mN/m左右，比肥皂水溶液还低，但完全不能形成泡沫。（2）提高液膜粘度作用液膜粘度又分为溶液粘度和表面粘度。溶液粘度大，则有助于膜的耐冲击作用，而且也会减缓排液作用。但是没有表面吸附层的形成，则溶液的内部粘度再大也不能形成稳定的泡沫的。表面粘度是指气泡液膜的表面吸附层粘度，是表征泡沫液膜强度的一种度量。表面膜性质与泡沫寿命的关系表面活性剂表面张力/mN·m-1表面粘度/×10-4Pa·s相对透过性泡沫寿命/s十二酸钾35.0390.152200十二烷基苯磺酸钠32.53－400十二烷基硫酸钠38.52169十二烷基硫酸钠和十二醇22.0

6、320.381590十二醇对十二烷基硫酸钠水溶液的表面粘度及泡沫寿命的影响十二醇浓度/ppm表面粘度/×10-4Pa·s泡沫寿命/s0269102825303112605032138080321590（3）吸附膜的气体密闭作用一般表面吸附的表面活性剂疏水基链愈长，亲水基分子量越小，则其吸附膜越致密，气体分子越难扩散渗透。例如十二醇和十二烷基硫酸钠构成的混合膜因为致密其渗透性明显减少，泡沫稳定性增大（见表8－2）。（4）表面张力修复作用泡沫的液膜具有自修复作用，又称为Gibbs-Marangoni效应。Gibbs定义液膜的弹性为液膜的稳定性决定于表面张力随表面积A的变化率局部变薄的B处本体相中

7、的表面活性剂分子也会吸附到B处的表面上，这种吸附过程不能使局部变薄的B处恢复液膜厚度，会影响泡沫稳定性。醇类水溶液的泡沫稳定性不佳应该与其的表面吸附速率较快有一定的关系；当表面活性剂的浓度超过CMC时，来自本体相的表面吸附速率也会加快，泡沫稳定性反而下降，因此，液膜的自修复作用往往存在一最佳浓度。Typicalsurfactantsconcentrationsrequiredtoattainmaximumfo