消泡剂常识之泡沫稳定性的影响因素（一）

溶液的起泡能力与泡沫的稳定性是两个不同的概念：1.起泡能力是指液体在外界条件作用下生...



溶液的起泡能力与泡沫的稳定性是两个不同的概念：

1.起泡能力是指液体在外界条件作用下生成泡沫的难易程度。表面张力越低越有利于起泡，通常加入表面活性剂，即可达到此目的；

2.泡沫的稳定性是指泡沫生成以后的持久性，即泡沫“寿命”的长短。

泡沫寿命的长短关键取决于两条:a 液膜的性质，能否保持一定强度，能否保持较缓慢的排液速度，能否对抗外界各种影响而保持不变;b 气体透过液膜的扩散，气泡的合并,下面简单介绍一下几种对泡沫稳定性的影响因素

泡沫生成时，伴随着液体表面积的增加，体系的能量(表面能)也相应增加;泡沫破坏时，体系的能量也相应下降。因此，从能量观点来看，低表面张力对于泡沫的形成有利，因为生成一定总表面积的泡沫时，可以少做功，但是，不能保证生成的泡沫有良好的稳定性。例如，丁醇等烷基醇类水溶液的表面张力(0.0025N/m左右)，比一般表面活性剂水溶液低（如十二烷基硫酸钠水溶液，其最低表面张力约为0.0038N/m ），但后者的起泡性及泡沫稳定性优于前者。只有当液体表面能形成有一定强度的表面膜时，低表面张力才有助于泡沫稳定。因为，根据液体压力与曲率关系的Laplace公式，泡沫液膜的Plateau交界处与平面液膜间的压差与表面张力成正比，表面张力低则压差小，从而排液速度较慢，液膜变薄也较慢，有利于泡沫稳定。粘度影响液膜的排液过程。由于液膜是由两层表面活性剂中央一层溶液构成，若液体本身粘度大，即使液膜中的液体不易排出，又使气体在液膜中的溶解度降低，液膜变薄的速度较慢，液膜破裂时间延缓，增加泡沫稳定性。

Site等研究了水溶性聚合物对泡沫稳定性的影响，他们在0.2%的十二烷基磺酸钠和0.5%的氯化钠的水溶液中，加入DOH和羧甲基纤维素钠盐，并测定了其泡沫的有关参数，结果见表1-1。



从表1-1，可以看出，水溶性聚合物的加入，提高了溶液的粘度，也增长了泡沫重力排液松弛时间、气体扩散松弛时间及泡沫的半衰期。但溶液本身的粘度仅为一辅助因素，若没有表面膜的形成，即使溶液粘度再大，也不一定能形成稳定的泡沫。表面粘度指液体表面上单分子层内的粘度，以ns表示。Shah等人在对十二烷基硫酸钠和十二醇混合物（重量比为100:1）的研究中得到如图1-6所示的结果。



从图1-6可知，随着表面粘度的增大，排水速率逐渐减小，在表面粘度达到最大值时，排水速率最小。由此，我们得到如下结论:泡沫膜的表面粘度对泡沫稳定性有重要影响。泡沫的稳定性取决于膜的排水速率，排水速率则受表面粘度控制。



表1-2列举了几种表面活性剂水溶液的表面张力、表面粘度和泡沫寿命的数据。从表1-2可以看出，凡是表面粘度比较高的体系，所形成的泡沫寿命也较长。

因此，为了提高泡沫的稳定性，人们经常通过添加某种物质，增加溶液的表面粘度来提高泡沫的稳定性。例如，在十二烷基硫酸钠(纯)水溶液中加入月桂醇，溶液的表面粘度及泡沫寿命（见表1-3），



从表1-3可以看出，在十二烷基硫酸钠中加入少量十二醇，表面粘度提高，从而提高了泡沫的稳定性。  从表1-3数据进一步说明在0.1 g纯化的十二烷基磺酸钠溶液中加和不加十二烷醇不但对表面粘度ns有关，而且与屈服值Yy有关，它们都与泡沫的稳定性、平均寿命有关。



从表1-4数据还可以看出，随着十二烷醇浓度增加，表面粘度ns增加，泡沫稳定时间增加，但当十二烷醇浓度继续增加，表面粘度近似不变，此时，表面粘度并不是泡沫稳定性增加的主要因素。而泡沫的屈服值在增加，表面屈服值或其它因素可能是泡沫稳定性增加的重要因素。如果泡沫膜带有相同符号的电荷，液膜的两个表面相互排斥，以防止液膜变薄乃至破裂。离子型表面活性剂作为起泡剂（如C12H25SO4-Na+)，由于表面吸附的结果，表面活性剂离子将集聚于表面上，即形成一层带负电的表面。反离子Na+则分散于液膜的溶液中(溶液中也有表面活性离子，但比起表面吸附层来，密度要小的多)，形成了表面扩散双电层（如图1-8）

当液膜变薄至一定程度时，两个表面的电荷相斥开始显著起作用，防止液膜进一步变薄，阻止排液的进行，使泡沫稳定。此种电荷相斥作用在液膜较厚时影响不大，溶液中电解质浓度较高时，扩散双电层受到压缩，电相互作用减小，此时膜厚度变小，也会使其影响减小，一些试验结果表明情况确实如此。

液膜中双电层受电解质浓度的影响，Derjaguin曾仔细测量了不同电解质浓度下的油酸钠溶液的平衡膜厚度，发现平衡膜厚度随电解质的升高而变薄，这是因为双电层斥力减小之故。液膜厚度与外界压力的灵敏度也随电解质浓度升高而降低，在电解质浓度高达0.1 mol/L时，平衡液膜厚度为，2nm，几乎与外界压力大小无关。Derjaguin认为这是油酸钠的水化层厚度仅为6nm的关系。图1-9证实了这一观点。

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