表面活性剂的起泡和消泡

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。
第二节表面活性剂起泡性和稳泡性能的评价
一、表面活性剂的泡沫性能评价及其 对泡沫稳定性的影响
十二烷基苯 磺酸钠
十二烷基硫 酸钠 十二烷基硫 酸钠和十二 醇
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 0 10 30 50 表面粘度/×10-4Pa· s 2 2 31 32 泡沫寿命/s 69 825 1260 1380
80
32
1590
（3）吸附膜的气体密闭作用
Gibbs定义液膜的弹性为
ห้องสมุดไป่ตู้
E
2d d 2A d ln A dA
d dA
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。
Typical surfactants concentrations required to attain maximum foam height, MFH(Ross-Miles Method, 60°C
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
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。
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
W A ，即表面活性剂 解释为：当可逆表面功W恒定时，
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
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。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。
表面活性剂化学及应用
张 煊
东华大学化学化工与生物工程学院
第七章 表面活性剂的起泡和消泡 作用
最早的表面活性剂肥皂 有“工业味精”之称。
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。
（5）表面电荷作用 当使用离子型表面活性剂时，活性离子于液膜溶液中构
成双电层。
• 当液膜较厚时，双电层的影响很小； • 而当液膜变薄至一定程度时，两双电层开始重迭而产生静 电排斥作用，以阻止液膜的进一步变薄。 • 这实际上也是膜的一种弹性作用，它往往在液膜很薄时才 起作用。而且，溶液中加入电解质会压缩双电层，这种弹 性作用会被进一步削弱，泡沫稳定性下降。
（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 十二酸钾 表面张力 /mN· m-1 35.0 32.5 38.5 22.0 表面粘度 /×10-4Pa· s 39 3 2 32 相对透过 性 0.15 － 1 0.38 泡沫寿 命/s 2200 400 69 1590
2 R 平面液膜A处的曲率半径因趋于无穷，而 PA 0 2 P P P P A p A P P P 泡内 P R 即p处的压力小于A处，液体存在由A流向p的趋势。如果
凹面液膜p处的附加压力 PP P泡内 PP
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。
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。
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。