表面活性剂对起泡的影响和作用

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1、表面活性剂对起泡的影响和作用夏善慧应用化学08012008010744摘要：泡沫是气体分散在液体中的分散体系,其中气体是分散相,液体是分散介质。泡沫属于热力学不稳定体系,泡沫的不稳定性在于体系具有较大的界面面积和较高的表面能,所以体系具有减少界面面积使其能量降到最低的自发趋势。纯液体是不能形成气泡的,除非有表面活性物质存在。能够起泡的表面活性物质主要有三类:表面活性剂、高分子聚合物和固体颗粒，本文就表面活性剂来进行研究。关键词：泡沫，起泡性，稳定性，表面活性剂引言：由液体薄膜或固体薄膜隔离开的气泡聚集体称为泡沫

2、。啤酒、香槟、肥皂水、皂角或水溶液等在搅拌下形成的泡沫称为液体泡沫；面包、蛋糕、山药汁等弹性大的物质，以及饼干、泡沫水泥、泡沫塑料、泡沫玻璃等为固体泡沫。在液体泡沫中，液体和气体的界面起着重要作用。由液体和气体形成的泡沫称为两相泡沫，当其中有固体粉末时，例如在选矿时形成的泡沫称为多相泡沫。因此，起泡现象与化学工业的各种过程及日常生活密切相关。根据吉布斯吸附公式，在形成泡沫过程中，溶液中的表面活性剂吸附在气-液界面上。在液体泡沫中，液体和气体的界面起着重要作用。在液体泡沫中各气泡相交外形成所谓拉普拉斯交界，如图一

3、的P点处。根据拉普拉斯公式(Ap=2r／R)，溶液中P点的压力小于A点，故液体自发地从A向P处流动，于是液膜逐渐变薄，此过程称为泡沫排液过程，当液膜变薄到一定程度，便导致液膜破裂，泡沫破坏。图一泡沫交界1．表面活性剂的起泡力和泡沫稳定性1.1．起泡力。若将丁醇稀水溶液和皂角苷稀溶液分别置于试管并加以摇动，发现前者形成大量泡沫，后者形成少量泡沫，但丁醇水溶液泡沫很快消失，而皂角苷水溶液泡沫不易消失。因此不能简单地讲哪种溶液起泡力好，因为起泡和泡沫稳定两者的标准是不同的。由丁醇水溶液形成的稳定性小的泡沫，称为不稳定

4、泡沫；由皂角苷水溶液形成的寿命长的泡沫，称为稳定泡沫。起泡力的大小是以在一定条件下，摇动或搅拌时产生的泡沫多少来评定的。一些阴离子表面活性剂，如脂肪酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠等均具有良好的起泡能力，它们都是良好的起泡剂(发泡剂)。表1列出了一些表面活性剂的起泡力。表1.一些表面活性剂的起泡力(质量分数为0．1％，30℃)①质量分数为0．25％。②温度为35℃③质量分数为0.5％。由表可见，阴离子表面活性剂起泡力最大，聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂次之，脂肪酸酯型非离子表面活性剂起泡力最小。因此，肥皂、十二烷基

5、苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等阴离子表面活性剂适宜用作起泡剂。表面活性剂的类型是决定起泡力的主要因素，而环境条件也很重要。例如，温度、水的硬度、溶液的pH值和添加剂等对起泡力都有很大的影响。温度对非离子表面活性剂起泡力的影响不同于阴离子表面活性剂。例如，对聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂来说，温度低于浊点时起泡力大，达到浊点时发生转折，高于浊点起泡力急剧下降。阴离子表面活性剂对温度敏感性不大，相反，有的随温度升高起泡力增大。1.2．泡沫稳定性泡沫稳定性是指生成的泡沫存在时间的长短，即泡沫的持久性或存在的寿命，也可以理解

6、为泡沫破灭的难易程度。下面根据起泡力和泡沫稳定性的涵义来讨论泡沫稳定的机理。首先考虑不稳定泡沫。图二为在丁醇水溶液中以一定速率通入空气，所形成的泡沫高度h图二.丁醇水溶液泡沫与溶液浓度C的关系曲线。从图中可看出，当丁醇的浓度为零或饱和时，起泡不良，而在两者之间的区域内起泡良好，但泡沫极不稳定。这表明，泡沫是热力学上不稳定体系，之所以不稳定是由于泡沫生成后体系的总表面积增大，能量增高，它自发地向能量降低、总表面积减小的方向进行，即发生泡沫破灭。泡沫的破灭主要是由于气体通过膜进行扩散、液膜中的液体受重力作用及膜中各

7、点的压力不同而导致流动(排液)引起的。在形成的泡沫中，气泡的大小通常是不均匀的，根据拉普拉斯关系式，小气泡中的压力大于大气泡中的压力，故小气泡中的气体有自动扩散至大气泡的倾向，于是小气泡逐渐变小，而大气泡逐渐变大，最终泡沫消失。由于重力的作用，液膜中的液体自动地向下流动。在液膜排液过程中流下的液体分子较容器底部的液体分子有较大的自由能，自发过程是向自由能减小的方向进行，所以气泡不断地排液使膜壁变薄而破裂，从而导致泡沫消失。2．表面活性剂对泡沫稳定的影响和作用。2.1．表面黏度实验和理论表明，决定泡沫稳定性的关键

8、因素是液膜的强度，而表面膜上表面活性剂分子的存在，使表面黏度增高，阻碍膜上液体流动排出，从而使泡沫稳定。使表面黏度增高的物质很多。表2列出了三种表面活性剂水溶液的表面黏度与泡沫稳定性的关系。表2.一些表面活性剂水溶液的表面黏度与泡沫稳定性的关系从表中数据可看出，表面活性剂水溶液的表面黏度越大，由其生成的泡沫的寿命也越长。表中所列十二烷基硫酸钠为含相当量十二醇的非纯品。若将十二烷基硫酸钠