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泡沫的始终
来源: | 作者:pmo745f63 | 发布时间: 1864天前 | 2324 次浏览 | 分享到:
泡沫是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 ,是一种热力学不稳定体系。


目前,国内外学者一致认为:

    泡沫是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 ,是一种热力学不稳定体系

1、定义

    具有多个界面的气泡的聚集体则叫泡沫它是气体分散在液体或固 体中的一种分散体系

    气体是分散相液体是分散介质

2、特点

由于气体与液体的密度相差很大故在液体中的气泡会很快上升至液 形成以少量液体构成的液膜隔开气体的泡沫

因重力作用液面上形成的泡沫逐渐分为两种结构形态

(1)下面部分的气泡呈球状分隔液体的量较多

(2)上面部分的气泡为多面体状分隔液体的量越到顶部越少而且气泡

越大。 

3、分类

按不同的方法泡沫可分为三种

(1)按泡沫寿命划分

寿命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泡沫

(2)按产生泡沫的力和破泡之间的平衡分

不断接近平衡状态的不稳定性泡沫和平衡过程受阻的稳定性泡沫

(3)按聚集状态分

液多气少的气泡分散体系和气多液少的泡沫

4、泡沫产生的条件

(1)气液接触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

(2)发泡速度高于破泡速度



泡沫的结构——plateau边界普拉托 边界

当有三个或更多气泡在一起时气泡与气泡之间的形成plateau边界也称为Gibbs(吉布斯三角


泡沫是热力学不稳定体系 
   热力学第二定律指出自发过程总是从自由能较高的状态向自由能较低的状态变化起泡过程中自由能变化如下



△G=γ△A 
△G——自由能的变化 
△A——表面积的变化 
γ——系数


泡沫的气液界面非常大例如半径1cm 0.001cm的一个气泡内外两面的气液界面达25cm2可是当其破灭为一个液滴后表面积只有0.26cm2显然液体起泡后表面自由能比无泡状态高得多

    泡沫破灭合并的过程中,△A是一个绝对值是很大的负数也就是说泡沫破灭合并的过程自由能减小的数值很大因此泡沫的热力学不稳定体系终归会变成具有较小表面积的无泡状态

平衡移动的一般规律当体系达到平衡后如果改变体系的平衡条件之一温度压力浓度等),平衡就向着减弱这个改变的方向移动


影响泡沫稳定性的因素

1、表面张力

促使液体表面收缩的力叫做表面张力

液体表面相邻两部分之间单位长度内互相牵引的力

2、表面粘度

表面粘度是指液体表面单分子层内的粘度它通常由两亲分子(如表面活性分子)在表面上所构成的单分子层产生的

3、液体粘度

    液体本身粘度较大则液膜中液体不易排出液膜厚度变小的速度较慢因而延缓了液膜破裂时间增加了液膜的稳定性

表面粘度越大泡沫越稳定这是因为表面粘度越大液膜的强度越大表面膜强度与表面吸附分子间的相互作用有关相互作用大则强度大

    液体本体粘度是泡沫稳定的辅助因素若没有表面膜的形成溶液本体粘度再大也无助于泡沫稳定性的提高

4、表面张力的修复作用

    表面张力的修复作用是指当液膜局部受力而伸展变薄时吸附于液膜上的表面活性剂分子通过在液膜上的迁移使液膜厚度复原和表面张力复原的过程又称为吉布斯-马兰各尼效应(Gibbs-Marangoni效应)。


5、气体通过液膜的扩散(气体透过性)
   气体的透过性是指气泡中的气体通过液膜扩散至空气中或者邻近的较大气泡中的过程


6、表面电荷的影响

液膜表面带有电荷有利于液膜保持一定的厚度从而有利于泡沫稳定离子型表面活性剂作为起泡剂时表面活性离子富集于液膜表面组成了表面双电层当液膜变薄至一定程度时两个双电层发生重叠产生静电斥力有利于液膜保持一定的厚度所以对泡沫的稳定性有利

从以上的讨论可以看出影响泡沫稳定性的因素很多但最重要的因素是液膜的强度

当表面活性剂作为起泡剂及稳泡剂时表面吸附分子排列的紧密程度是决定表面膜强度的主要因素排列紧密则相互作用强使表面膜强度大而且使表面吸附层下面邻近的溶液不易流动排液相对困难液膜厚度容易保持所以有较高的泡沫稳定性


泡沫的危害

在实际生产中泡沫也常常带来危害

(1)影响仪表操作不利于准确计量

(2)浪费设备容量

(3)降低结合强度

(4)限制生产力

(5)造成原料和产品的浪费

(6)延长了反应周期 

(7)影响产品品质

(8)污染环境引起事故的原因之




消泡剂又称为抗泡剂在工业生产的过程中会产生许多有害泡沫需要添加消泡剂广泛应用于清除胶乳纺织上浆食品发酵生物医药涂料石油化工造纸工业清洗等行业生产过程中产生的有害泡沫

当发泡体系剧烈发泡时滴加消泡剂后如变魔术似的泡沫立即消灭实际上消泡剂的作用是抵消助泡物质的稳泡作用

    泡沫本来是极不稳定的如纯净的水在搅拌之下也会形成泡沫但是一旦停止搅拌泡沫马上消除如果在水中添加了助泡物质由于助泡物的稳泡作用才难以使泡沫破灭所以即使是会起泡的纯净表面活性剂因为没有助泡物也不会形成稳定的泡沫

    人们研究消泡剂抵消助泡物稳泡的作用机理是在上个世纪40年代开始直至今天我们在消泡领域已经革新了好几代的产品


消泡机理

1、降低泡沫液膜局部表面张力

因消泡剂微滴的表面张力比泡沫液膜的表面张力低消泡剂浸入气泡液膜顶替了原来液膜表面上的稳泡剂使其此处的表面张力降低图中A、B),而存在着稳泡剂的液膜表面的表面张力高将产生收缩力从而使低表面张力的C处液膜伸长而变薄最后破裂使气泡消除(D)。

2、破坏液膜弹性

    消泡剂的作用就是破坏泡膜的弹性当消泡剂添加到泡沫体系中会向气液界面扩散使具有稳泡作用的表面活性剂难以发生恢复膜弹性的能力

3、降低液膜粘度加快排液速度

    泡沫液膜的表面粘度高会增加液膜的强度减缓液膜的排液速度降低液膜的透气性阻止泡内气体扩散等作用延长了泡沫的寿命而起到稳定泡沫的作用

    泡沫排液的速率可以反映泡沫的稳定性,添加一种加速泡沫排液的物质消泡剂),也可以起到消泡作用

4、固体颗粒消泡

    作为消泡剂的首要条件是固体颗粒表 面必须是疏水性的如疏水二氧化硅固体颗粒

    疏水二氧化硅所起的作用是将原吸附于液膜表面的表面活性剂从液膜表面拉下来进入液膜的水相中使液膜表面的表面活性剂浓度减低从而全面的增加了泡沫的不 稳定性因素

    例如降低了液膜的表面粘度导致液膜自修复作用下降加速液膜的排液速度从而缩短泡沫的寿命”。

消泡剂的其它作用机理

1、扩展作用产生的冲击

泡膜受到一定程度的冲击即会破裂加入的消泡剂在泡膜上产生的冲击也可以使泡膜破裂

2、使助泡表面活性剂被增溶

某些能与溶液充分混合的低分子物质可以使助泡表面活性剂被增溶使其有效浓度降低常常发现表面活性剂在混合溶剂中比在纯溶剂中表面活性低有这种作用的低分子物如辛醇它不仅减少了表面层的表面活性剂而且还会溶入表面活性剂吸附层降低其密合程度通过以上两方面的作用减弱了泡沫稳定性这就是可溶性消泡剂乙醇丙醇辛醇等的一种作用机理为了有利于消泡往往在有机硅消泡剂配方中加入适当醇类也起到一定的辅助消泡作用

3、电解质瓦解表面活性剂双电层

对于借助泡的表面活性剂双电层互斥产生稳泡性的起泡液加入一些普通的电解质加入一些普通的电解质即可瓦解表面活性剂的双电层而起到消泡作用

   从以上这些消泡机理可以看出,每种消泡剂对不同的泡沫体系,其作用的侧重点不同,但都是通过破坏泡沫的稳定因素实现消泡


消泡剂的组分

1、基本消泡剂-活性成份

作用破泡抑泡减小表面张力代表物硅油疏水白炭黑高分子量的聚醚类高级醇脂肪酸酰胺脂肪酸酯有机磷酸酯脂肪酸金属皂饱和和不饱和脂肪酸等

2、乳化剂-分散剂

作用使活性成分分散成小微粒便于分散在水中更好的起到破泡抑泡作用代表物基酚聚氧乙烯醚皂盐、op 系列等吐温系列斯盘系列等

3、载体

作用有助于载体和起泡体系的结合易于分散到起泡体系里把两者结合起来其本身的表面张力低有助于抑泡且可以降低成本代表物除水以外的溶剂如脂肪烃芳香烃含氧溶剂起泡液等

4、乳化助剂

作用使乳化效果更好扩散剂疏水二氧化硅醇类增稠剂:CMC 羧甲基纤维素聚乙烯醚丙烯酸系列等稳定剂如防腐剂和抗菌剂

根据消泡作用的原理消泡剂大致可以分成以下几类

1、醇类

具有分枝结构的醇如异辛醇异戊醇以及高碳醇二异丁基甲醇

2、脂肪酸及脂肪酸酯类

大多数用于食品工业Span 80,Span 85等常用于酵素酪素奶糖的蒸发脂肪酸常用于许多发酵过程又如豆油蓖麻油等天然油脂也是良好消泡剂

3、酰胺类

如二硬脂酸酰乙二胺等多酰胺可用于蒸气锅炉内作为防泡剂

4、磷酸酯类

   磷酸三丁酯是最常用的消泡剂通常溶于有机溶剂中应用时把它加到水中使之混溶它也用于有机溶剂内常掺入润滑油中消泡

5、有机硅化合物

   主要指烷基硅油它是高效消泡剂只要每公斤几毫克的用量其消泡效果就很显著也能用于非水溶液的消泡

6、其他类

   各种卤素化合物如氯化烃氟化烃四氯化碳等都可以用作消泡剂其中用得最多的是含氟有机物其他如不溶于水的钙铝皂也可以作为消泡剂


根据其作用分为消泡剂可分为破泡剂抑泡剂和脱泡剂三种类型

按成分分为天然油脂即豆油玉米油等),聚醚类消泡剂高碳醇 ,硅类 ,聚醚改性硅 ,新型自乳化消泡剂 。

按功能分为耐碱消泡剂 ,耐酸消泡剂 ,高粘性泡沫消泡剂 ,涂料消泡剂 ,造纸消泡剂 ,水泥砂浆消泡剂油田工业消泡剂清洗用消泡剂阳离子体系消泡剂 ,高效发酵消泡剂 ,水处理消泡剂