第八章泡沫凝胶及其应用
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• 发泡剂均具有较高的表面活性，能有效降低液体的 表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形 成气泡，再由单个气泡组成泡沫。
泡沫
• 根据形状来分：球形和多面体形。 • 纯液体产生的泡沫很难稳定存在，要制备具
有一定稳定性的泡沫，必须加入表面活性剂， 即起泡剂。（表面活性剂，或者乳化剂。） • 球形泡沫的形成不一定需要加入表面活性剂， 黏度大，稳定性也会大；多面体形泡沫必须加 入表面活性剂。
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2021/2/22
泡沫
• 泡沫的形成和稳定性 泡沫的形成非常简 单，只要向起泡剂（表面活性剂或高分子化合 物）溶液中通入气体，在溶液表面即有泡沫生 成。泡沫形成后，气泡壁间夹带上来的液体在 重力作用下向下流失，液膜逐渐变薄，气泡互 相接近而变形 。
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2021/2/22
泡沫
• 泡沫的结构一直保持到不能再继续向低能量 转变的状态，泡沫中的气泡总是力图为球形， 以使得气体与液体间的液膜面积最小；气泡合 并后，新形成的大泡液膜面积小于之前小气泡 的液膜面积，泡沫属于热力学不稳定体系，纯 的气体和液体难以形成稳定的泡沫。
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2021/2/22
影响泡沫稳定性的因素
• 4、气泡透过性的影响
•
透过性常数大，表面黏度小，泡沫稳定性
差。
• 5、表面活性剂结构对起泡性能的影响
• 同系列表面活性剂在某一碳链长度起泡能力 最强。
• 因为：碳链增大，表面张力减小，cmc减小， 溶解性差，表面活性剂分子间的横向作用减弱， 液膜黏度减小。
第八章. 泡沫、凝胶及其应用
§8.1 泡沫 泡沫，是聚在一起的许多小泡。由不溶性气体分
散在液体或熔融固体中所形成的分散物系 。 或者说是彼此被液膜隔开的气泡的聚集物，是气
体在液体中的分散体系，内相(气体)的体积分数一般 大于90％。泡沫在生产实际中有很多应用,如泡沫浮选、 泡沫分离、泡沫灭火等。
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图10—15 两气泡交汇示意图
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• 浓泡沫中气泡三相汇 液膜夹角为120º时， 体系的自由能最小， 因此也最稳定。
• 浓泡沫是稀泡沫浓缩 或液膜排液减薄而形 成的。液膜排液有两 种形式，即：重力排 液；Plateau排液。
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• 所谓发泡剂就是使对象物质成孔的物质，它可分为 化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。
• 化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳 和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物； 物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态 的变化，即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的 溶解而形成的。
图10—16 三两气泡交汇示意图
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• 泡沫破坏方式分两类：
• 一类是因为排液，上部的气泡因液膜变薄而率先 破裂并依次向下，其特点是泡沫的总体积和气泡 总数逐渐减少；
• 另一类是由于小气泡内压力大于大气泡内压力， 泡沫中小气泡内气体压入邻近的大气泡直至小气 泡消失，此时的特点是泡沫总体积不变而其中所 含气泡数量逐渐减少。
• ⑷ 固体粉末稳泡剂在液膜中吸附
• 的影响
•
液膜中不同大小和接触角的固体粉末粒子
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• 3．液膜的表面弹性 • 所谓表面弹性是指液膜受到外界作用发生局
部变形而变薄时，其自行修复重新增厚的能力。
液膜局部变形引起表面张力变化图
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2、泡沫的结构与液膜排液
• 单个气泡为球形外包以一薄层液膜，气泡在液体 中或表面若不相连，称为稀泡沫。若气泡在液面 上不断汇集则组成泡沫，亦称浓泡沫。浓泡沫中 气泡不再是球形。
• 两气泡间压力差为
p44411
R1 RFra Baidu bibliotek R1 R2
• 若两气泡交汇处液膜的曲率半径为R，则R1 R
p4 411
R R1 R2 1 1 1 R R1 R2
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2021/2/22
•
为了增加泡沫稳定性，常加入极少量稳泡剂（碳链
较长的极性有机物，如月桂醇），稳泡剂和起泡剂不仅
可在表面形成紧密的混合膜，而且还可降低起泡剂的胶
团临界形成浓度和降低起泡剂的吸附速度，因而可增加
膜的弹性，使泡沫稳定性增加。
消泡 即在较短时间内破坏一个泡沫体系。常用的
消泡方法是加入可溶或不溶的极性有机物，这些物质可
在表面上吸附或展开，置换原起泡剂，本身又形不成稳
定的液膜，因而有消泡作用。常用消泡剂有短链或支链
的醇类（如异戊醇）、磷酸酯类（如磷酸三丁酯）、硅
油、含氟极性有机物、环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物等。
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四、起泡剂
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影响泡沫稳定性的因素
• 2、表面张力的影响 • 表面张力越低，泡沫的形成越有利。 • 3、表面电荷的影响 • 以离子型表面活性剂制备得到的泡沫，液膜
上带有同种电荷，电性相斥，有利于泡沫稳定； 但是电解质浓度也不能太大，防止双电层被压 缩，电性斥力反而降低。
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二、泡沫的稳定性和消泡
• 一、泡沫的稳定机理
• 1．表面张力因素
• 2．液膜强度因素
• ⑴ 表面电荷的影响。 • ⑵ 液膜黏度的影响。
液膜表面带电和双电层示意图
• ⑶ 起泡剂和稳泡剂分子在液膜表面的
定向吸附和紧密排列以及其间的相互作用而
形成坚实的界面膜。
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一、 泡沫的形成和结构
• 1、泡沫的形成
• 可以通过化学凝聚法和物理分散法两种方法制备。
•
气图气泡1在0泡直—不直径1同径3d与液d在与气体不气体中同体流液流速体速关中关系系 上一内容 下一内容 回主目录
气泡图的1形0—成1过4 程气与泡液的形成过程与液 膜膜排排液液
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三、影响泡沫稳定性的因素
1、液膜的表面黏度 表面黏度大，液膜不易受到外界扰动破裂，
表面黏度大同时使得排液缓慢，使气体不易透 过液膜扩散，从而增加了泡沫的稳定性。
例如在月硅酸钠中加入少量异丙醇胺月桂酸 盐可以增加其黏度。
注：并非黏度越大越好，以适宜的高粘度和 良好的弹性为好。
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泡沫
• 根据形状来分：球形和多面体形。 • 纯液体产生的泡沫很难稳定存在，要制备具
有一定稳定性的泡沫，必须加入表面活性剂， 即起泡剂。（表面活性剂，或者乳化剂。） • 球形泡沫的形成不一定需要加入表面活性剂， 黏度大，稳定性也会大；多面体形泡沫必须加 入表面活性剂。
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泡沫
• 泡沫的形成和稳定性 泡沫的形成非常简 单，只要向起泡剂（表面活性剂或高分子化合 物）溶液中通入气体，在溶液表面即有泡沫生 成。泡沫形成后，气泡壁间夹带上来的液体在 重力作用下向下流失，液膜逐渐变薄，气泡互 相接近而变形 。
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泡沫
• 泡沫的结构一直保持到不能再继续向低能量 转变的状态，泡沫中的气泡总是力图为球形， 以使得气体与液体间的液膜面积最小；气泡合 并后，新形成的大泡液膜面积小于之前小气泡 的液膜面积，泡沫属于热力学不稳定体系，纯 的气体和液体难以形成稳定的泡沫。
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影响泡沫稳定性的因素
• 4、气泡透过性的影响
•
透过性常数大，表面黏度小，泡沫稳定性
差。
• 5、表面活性剂结构对起泡性能的影响
• 同系列表面活性剂在某一碳链长度起泡能力 最强。
• 因为：碳链增大，表面张力减小，cmc减小， 溶解性差，表面活性剂分子间的横向作用减弱， 液膜黏度减小。
第八章. 泡沫、凝胶及其应用
§8.1 泡沫 泡沫，是聚在一起的许多小泡。由不溶性气体分
散在液体或熔融固体中所形成的分散物系 。 或者说是彼此被液膜隔开的气泡的聚集物，是气
体在液体中的分散体系，内相(气体)的体积分数一般 大于90％。泡沫在生产实际中有很多应用,如泡沫浮选、 泡沫分离、泡沫灭火等。
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图10—15 两气泡交汇示意图
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• 浓泡沫中气泡三相汇 液膜夹角为120º时， 体系的自由能最小， 因此也最稳定。
• 浓泡沫是稀泡沫浓缩 或液膜排液减薄而形 成的。液膜排液有两 种形式，即：重力排 液；Plateau排液。
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• 所谓发泡剂就是使对象物质成孔的物质，它可分为 化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。
• 化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳 和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物； 物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态 的变化，即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的 溶解而形成的。
图10—16 三两气泡交汇示意图
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• 泡沫破坏方式分两类：
• 一类是因为排液，上部的气泡因液膜变薄而率先 破裂并依次向下，其特点是泡沫的总体积和气泡 总数逐渐减少；
• 另一类是由于小气泡内压力大于大气泡内压力， 泡沫中小气泡内气体压入邻近的大气泡直至小气 泡消失，此时的特点是泡沫总体积不变而其中所 含气泡数量逐渐减少。
• ⑷ 固体粉末稳泡剂在液膜中吸附
• 的影响
•
液膜中不同大小和接触角的固体粉末粒子
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• 3．液膜的表面弹性 • 所谓表面弹性是指液膜受到外界作用发生局
部变形而变薄时，其自行修复重新增厚的能力。
液膜局部变形引起表面张力变化图
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2、泡沫的结构与液膜排液
• 单个气泡为球形外包以一薄层液膜，气泡在液体 中或表面若不相连，称为稀泡沫。若气泡在液面 上不断汇集则组成泡沫，亦称浓泡沫。浓泡沫中 气泡不再是球形。
• 两气泡间压力差为
p44411
R1 RFra Baidu bibliotek R1 R2
• 若两气泡交汇处液膜的曲率半径为R，则R1 R
p4 411
R R1 R2 1 1 1 R R1 R2
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•
为了增加泡沫稳定性，常加入极少量稳泡剂（碳链
较长的极性有机物，如月桂醇），稳泡剂和起泡剂不仅
可在表面形成紧密的混合膜，而且还可降低起泡剂的胶
团临界形成浓度和降低起泡剂的吸附速度，因而可增加
膜的弹性，使泡沫稳定性增加。
消泡 即在较短时间内破坏一个泡沫体系。常用的
消泡方法是加入可溶或不溶的极性有机物，这些物质可
在表面上吸附或展开，置换原起泡剂，本身又形不成稳
定的液膜，因而有消泡作用。常用消泡剂有短链或支链
的醇类（如异戊醇）、磷酸酯类（如磷酸三丁酯）、硅
油、含氟极性有机物、环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物等。
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四、起泡剂
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影响泡沫稳定性的因素
• 2、表面张力的影响 • 表面张力越低，泡沫的形成越有利。 • 3、表面电荷的影响 • 以离子型表面活性剂制备得到的泡沫，液膜
上带有同种电荷，电性相斥，有利于泡沫稳定； 但是电解质浓度也不能太大，防止双电层被压 缩，电性斥力反而降低。
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二、泡沫的稳定性和消泡
• 一、泡沫的稳定机理
• 1．表面张力因素
• 2．液膜强度因素
• ⑴ 表面电荷的影响。 • ⑵ 液膜黏度的影响。
液膜表面带电和双电层示意图
• ⑶ 起泡剂和稳泡剂分子在液膜表面的
定向吸附和紧密排列以及其间的相互作用而
形成坚实的界面膜。
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一、 泡沫的形成和结构
• 1、泡沫的形成
• 可以通过化学凝聚法和物理分散法两种方法制备。
•
气图气泡1在0泡直—不直径1同径3d与液d在与气体不气体中同体流液流速体速关中关系系 上一内容 下一内容 回主目录
气泡图的1形0—成1过4 程气与泡液的形成过程与液 膜膜排排液液
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三、影响泡沫稳定性的因素
1、液膜的表面黏度 表面黏度大，液膜不易受到外界扰动破裂，
表面黏度大同时使得排液缓慢，使气体不易透 过液膜扩散，从而增加了泡沫的稳定性。
例如在月硅酸钠中加入少量异丙醇胺月桂酸 盐可以增加其黏度。
注：并非黏度越大越好，以适宜的高粘度和 良好的弹性为好。
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