第七章 表面活性剂的起泡和消泡作用

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2．界面膜的性质
界面液膜能否保持恒定要得到稳定的关
键，影响界面膜性质的关键因素是液膜
的表面粘度与弹性
(1)表面粘度 表面粘度是指液体表面分子 层内的粘度。表面活性不高的蛋白质和明 胶能形成稳定的泡沫是因为它们的水溶液 有很高的表面粘度。
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成了如图7—3中的形状称之为Plateau边界
(也称为Gibbs三角)。
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B处为两气泡的交界处形成的气—液界 面相对比较平坦可近似看成平液面
而A处为三气泡交界处，液面为凹液面，
从弯曲液面的附加压力来考虑，所
以B处液体的压力应大于A处液体内部
的压力，因此液体从压力大的B处向压力 小的A处排液，使B处的液膜排液减薄。
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5．泡内气体的扩散
气体的扩散有两个途径，小泡内气体 向大泡扩散及表面泡内气体向大气排气。
事实证明，泡沫的排气性与液膜的粘 度有关，液膜的表面粘度高，气体的相对 透过率就低，气泡的排气速度慢，泡沫就 稳定。
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SAA吸附于泡沫的液膜上形成紧密排 列的双分子吸附膜使液膜的表面粘度升高， 特别是加入助泡剂后使液膜的透气性明显降
因为泡沫是气体在液体中的分散体系， 所以只有当气体与液体连续充分地接触时，
才有可能产生泡沫。这是泡沫产生的必要条 件。
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2。起泡速度应高于消泡速度
无论你向纯净的水中如何充气，也不
可能得到泡沫而只能出现单泡，因为纯水
产生的泡沫寿命大约0.5秒之内，瞬间存在， 即消泡速度高于起泡速度，所以纯水中的
面与空气接触时，表面活性剂就吸附在 液面两侧形成双分子膜.
这种带有表面活性剂的双分子层 水膜厚度具有光的波长等级(数百纳 米)，因此的气泡在太阳光可以看到
七色光谱带。
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一、表面活性剂的起泡能力
前已述及，泡沫的产生是将气体分散于 液体中形成气--液的粗分散体，在泡沫形成 的过程中，气—液界面会急剧地增加，因此 体系的能量增加，这就需要在泡沫形成的过 程中，外界对体系作功，如通气时加压或搅 拌等方式。
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c12和c14的月桂酸钠和豆蔻酸钠其碳链
长度适中，能形成粘度较高且粘度适中 的表面膜因此产生的泡沫稳定性好。
(2)表面活性剂的亲水基
SAA亲水基的水化能力强就能在亲水基
周围形成很厚的水化膜，因此就会将液膜中
的流动性强的自由水变成流动性差的束缚
水，同时也提高液膜的粘度和弹性，减弱了
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当外界对体系作功时，体系因产生泡
沫使体系的能量增加，其增加值为液体表
面张力γ与体系增加的气—液界面的面积
A的乘积(γ ×A)应等于外界对体系所作
的功。若液体的表面张力γ 越低，则气--
液界面的面积A就越大，泡沫的体积也就 越大，说明此液体很容易起泡。
表面活性剂就具有明显地降低水的表面张
(4)烷基醇硫酸乙醇胺盐 前者为单乙醇胺泡沫丰富而稳定，常用 于香波和液体洗涤
长时液膜表面的表面活性剂浓度变化不 大，表面张力降也不大，dγ／dＡ值小， 液膜弹性低自修复作用就差，泡沫稳定 性也差。
泡沫最稳定的浓度是在某一浓度 Ｃ时取得dγ／dＣ极大值时的浓度， 表面活性剂在这一浓度所产生的泡沫
是最稳定的。一般其浓度不要超过 CMC太多。
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4．表面电荷
若泡沫液膜的表面上带有同种电荷， 当液膜受到挤压，气流冲击或重力排液使 液膜变薄，当液膜薄到一定程度大约为 lOOnm时，就会产生静电斥力作用阻止液 膜排液继续减薄，延缓液膜变薄的过程使 泡沫稳定。
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由于A处的表面活性剂浓度低，所以表 面活性剂由B处向A处扩散使A处的表面活性 剂浓度恢复，表面活性剂在迁移过程中同 时也携带邻近的液体一起移动使其A处的液 膜又恢复原来的厚度。表面活性剂的这种 阻碍液膜排液的自修复作用称为Marangoni 效应，
应还有附加压力的效应
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重力排液使液膜变薄，从而增加了泡膜的稳
定性。 2021/3/12
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实验证明，直链阴离子型表面活性剂其 亲水性基水化性强又能使液膜的表面带电，
因此有很好的稳泡性能。而非离子表面
活性剂的亲水基聚氧乙烯醚（仅有）在水中 呈曲折型结构不能形成紧密排列的吸附膜加 之水化性能差，又不能形成电离层所以稳泡 性能差，不能形成稳定的泡沫。
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低表（界）面张力有利于泡沫的形成， 同时也有利于泡沫的稳定，因为当形成多面 体的泡沫时，会产生表面张力排液的作用。 若液膜的表面张力低，在Plateu边界和平面 膜间的压差就会小，液膜排液减薄的速度就 慢，此时低表张力才有利于泡沫的稳定。
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但是，表面张力的大小并非决定因素， 例如乙醇的表面张力在20C0时为2.4mN·m-1。 由于其表面张力低，所以在外界条件作用下 乙醇易于产生泡沫，但泡沫很不稳定破灭很 快。而表面活性不太高的蛋白质、明胶等虽 然产生泡沫不如乙醇那么容易，但泡沫一旦 形成却很稳定。
第七章
主讲：
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第一节 泡沫简介
泡沫是指气体分散在液体中的分散体系， 气体是分散相，液体是分散介质。气泡被连 续相的液体隔开来。
泡沫有两种聚集态，（1）气体以小的 球型均匀分散在较粘稠的液体中，气泡间的 相互作用力弱，这种泡沫被称为稀泡，由于 外观类似乳状液，有时甚至称这种稀泡为
“气体乳状液“
气压大而通过液膜直接向大气排气，最后气 泡破灭。？？？
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第二节 表面活性剂的起泡和稳泡作用
有SAA的水溶液 形成泡沫的机理
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SAA会以疏水的碳氢链伸入气泡的气相 中，而亲水的极性头伸入水中。此时形成 的是由表面活性吸附在气—水界面上形成 单分子膜产生的气泡，当气泡上升露出水
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2．按起泡以及消泡之间的力平衡性质， 可分为不断接近平衡状态（起泡以及消
泡之间的力几乎相等）的“不稳定性泡
沫”，和平衡过程受阻的“稳定性泡沫” （起泡力大于消泡力）
3．按聚集状态可分为：
液多气少的“气泡分散体”即稀
泡， 气多液少的“泡沫” 浓泡
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二、泡沫产生的条件
1．气液接触
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（2）浓泡。浓泡的泡沫是密集的，气 泡间只被极薄的—层液膜所隔开，是结构 为多面体气泡的堆积。浓泡才是真正的 泡沫。
一、泡沫的分类 泡沫的分类方法有以下三种：
1．按泡沫的寿命分类 可分为寿命为几
秒的“短暂泡沫”和在无干扰条件下能 维持几天不破的“持久性泡沫”。
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只能出现单泡，因此不可能得到稳定的泡
沫。
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但水中表面活性剂的存在不仅使 发泡变得容易而且使发泡速度超过破 泡速度，从而得到稳定的泡沫。
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三、泡沫的破坏机制
泡沫是气体分散在液体中的粗分散体系 体系存在着巨大的气—液界面，是热 力学上的不稳定体系。
力的能力 ，因此表面活性剂具有很强的起
泡能力（性）。
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二、表面活性剂的稳泡能力
SAA的稳泡能力是指在表面活性剂水
溶液产生泡沫之后，SAA使泡沫持久不灭， 或增加泡沫“寿命”的能力。这与SAA在液 膜的性质有密切的关系。
三、影响表面活性剂稳泡能力的因素
1．界面张力
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溶液表面张力的高低与泡沫的寿命 无一定关系。
然而凡是体系的表面粘度比较高的体 系，所形成的泡沫寿命也较长。
因为十二烷基硫酸钠和月桂醇在气—液 界面上形成了致密混合膜所致。于是 十二烷基硫酸钠以C12H25SO4-；的形 式吸附在气泡液膜上形成双分子吸附 膜.极性头带有负电荷,产生电斥力，
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低，阻止了泡沫气泡的排气。具有良好的稳
泡作用。
6．表面活性剂的分子结构
表面活性剂的分子结构对泡沫的稳 定性起很大作用。
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(1)表面活性基的疏水链
为了使液膜须具有高粘度，SAA就必须 在液膜表面形成紧密的吸附膜，因此SAA的
疏水碳氢链应该是直链且较长的碳链，
但碳链太长也会影响起泡剂的溶解度且刚 性太强，所以一般起泡剂的碳原子数以 C12～C14较好，
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Gibbs从另一角度分析了这一问题，当吸附了表面 活性剂的泡沫受到震动、尘埃碰撞、气流冲击及 液膜受重力作用排液时，都会引起液膜局部变薄 使液膜面积增大引起此处表面活性剂的浓度降低 表面张力上升，
形成局部的表面张力梯度，因此液膜会产生 收缩趋势，尤如液膜具有了弹性。通过收缩使该 处表面活性剂浓度恢复并且能阻碍液膜的排液流 失。把液膜这种可以收缩的性质称为Gibbs弹性。
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第三节 起泡剂与稳泡剂
一、起泡剂
起泡性能好的物质称为起泡剂。具有低表 面张力的阴离子表面活性剂一般都具有良好
的起泡性，但生成的泡沫不一定有持久性。 起泡剂大约有以下几种：
1．羧酸类 (1)脂肪酸钠(肥皂)
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脂肪醇聚氧乙烯羧酸钠(AEC) 发泡力强，具有优良的抗硬水性和钙皂 分散能力度和介质pH值的影响。
造成泡沫破坏的主要原因是（1）液膜 的排液减薄；（2）泡内气体的扩散。
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１.泡沫液膜的排液减薄
（1）.重力排液 气泡间的液膜，由 于液相密度远大于气相的密度，因此在地心 引力作用下就会产生向下的排液现象，使液 膜减薄。
（２）.表面张力排液 由于泡沫是由多面体
气泡的堆积而成．在泡沫中气泡交界处就形
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类似的情况也发生在将少量的月桂 酸异丙醇胺加入月桂酸钠的水溶液中， 也会明显地提高月桂酸钠水溶液产生的 泡沫的稳定性。
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(2)界面膜的弹性（非强度）
表面粘度比较高而且弹性好才有高的稳泡性能
例如，十六醇能形成表面粘度和强度很
高的液膜但却不能起稳泡作用，因为它形 成的液膜刚性太强，容易在外界扰动下脆 裂，因此十六醇没有稳泡作用。
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正是这种因表面张力梯度引起的收缩效应
使吸附了表面活性剂的液膜，在受到冲击后， 产生自动修补液膜变薄处，表现出表面活性 剂的自修复作用。
Gibbs用下式来表示膜弹性：
E 膜弹性； A 膜面积；γ 表面张力 T 温度 ; N 组分
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**表面活性剂的浓度对其自修复作用 有一定的影响。
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不能形成紧密排列，当加入月桂醇后， 非离子型的月桂醇插入两个负离子SAA 之间形成排列紧密的混合膜,
效果：〔1〕.非极性碳氢链间的范德华力的 增加有利于界面粘度的增加。 〔2〕.同时 月桂醇非离子SAA的插入会使SAA负离子间 的电性排斥性减弱也有利于界面膜强度的 增加。
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（2）邻苯二甲酸单脂肪醇酯钠盐
白色膏状流体，表面活性好，发泡性好 皂分散性强，常用于日化及工业应用领域作 为高效发泡剂。
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2．硫酸盐类 (1)脂肪醇硫酸盐
(2)烷基醇聚氧乙烯硫酸钠(AES) 起泡力强，常用作液体洗涤剂的起泡剂
(3)烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠 泡沫丰富常用干净洗剂中
理想的液膜应该是高粘度高弹性的凝聚
膜。
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27Baidu Nhomakorabea
3，表面活性剂的自修复作用
将一小针刺入肥皂膜，肥皂膜可以不 破，表明肥皂膜有自修复作用。
Marangoni认为当泡沫受到外力冲击或 扰动时，液膜会发生局部变薄使液膜面积增 大，导致表面活性剂的浓度降低引起此处的 表面张力暂时升高，
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2.气泡内气体的扩散
因为形成泡沫的气泡的大小不一样，根 据Young-Laplace公式附加压力与曲率半径 成反比，小气泡内的压力大于大气泡内的压 力，因此（1）小泡会通过液膜向大泡里排
气，使小气泡变小以至于消失，大泡变 大且会使液膜更加变薄，最后破裂。
（２）液面上的气泡也会因泡内压力比大
（１）若表面活性剂的浓度太高，液膜变 形区表面活性剂的补充往往是从垂直方向 补充，于是液膜变形区表面活性剂的浓度 可以恢复，但液膜的厚度却无法恢复。这 样的液膜机械强度差，这就是表面活性剂 的浓溶液为什么泡沫稳定性差的原因。
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（2）表面活性剂的浓度太稀，则液膜表 面的表面活性剂浓度低，当液膜变形伸