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泡沫的始終
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作者:pmo745f63
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發布時間: 2341天前
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泡沫是由不溶性氣體分散在液體或熔融固體中所形成的分散物系 ，是一種熱力學不穩定體系。
目前,國內外學者一致認為:
泡沫是由不溶性氣體分散在液體或熔融固體中所形成的分散物系 ，是一種熱力學不穩定體系。
1、定義
具有多個界面的氣泡的聚集體則叫泡沫。它是氣體分散在液體或固 體中的一種分散體系。
氣體是分散相，液體是分散介質。
2、特點
由于氣體與液體的密度相差很大，故在液體中的氣泡會很快上升至液 面，形成以少量液體構成的液膜隔開氣體的泡沫。
因重力作用，液面上形成的泡沫逐漸分為兩種結構形態：
(1)下面部分的氣泡呈球狀，分隔液體的量較多；
(2)上面部分的氣泡為多面體狀，分隔液體的量越到頂部越少而且氣泡
越大。
3、分類
按不同的方法，泡沫可分為三種。
(1)按泡沫壽命劃分
壽命幾秒的“短暫泡沫”和在無干擾條件下能維持幾天不破的“持久泡沫”
(2)按產生泡沫的力和破泡之間的平衡分
不斷接近平衡狀態的“不穩定性泡沫”和平衡過程受阻的“穩定性泡沫”
(3)按聚集狀態分
液多氣少的“氣泡分散體系”和氣多液少的“泡沫”
4、泡沫產生的條件
(1)氣液接觸：只有當氣體與液體連續充分地接觸時才有可能產生泡沫,這是泡沫產生的必要條件。
(2)發泡速度高于破泡速度。
泡沫的結構——plateau邊界（普拉托 邊界）
當有三個或更多氣泡在一起時，氣泡與氣泡之間的形成plateau邊界，也稱為Gibbs（吉布斯）三角。
泡沫是熱力學不穩定體系
熱力學第二定律指出：自發過程，總是從自由能較高的狀態向自由能較低的狀態變化。起泡過程中自由能變化如下：
△G=γ△A
△G——自由能的變化
△A——表面積的變化
γ——系數
泡沫的氣液界面非常大，例如：半徑1cm厚 0.001cm的一個氣泡，內外兩面的氣液界面達25cm2；可是，當其破滅為一個液滴后，表面積只有0.26cm2。顯然，液體起泡后，表面自由能比無泡狀態高得多。
泡沫破滅、合并的過程中，△A是一個絕對值是很大的負數，也就是說泡沫破滅、合并的過程，自由能減小的數值很大。因此泡沫的熱力學不穩定體系，終歸會變成具有較小表面積的無泡狀態。
平衡移動的一般規律：當體系達到平衡后，如果改變體系的平衡條件之一（如：溫度、壓力、濃度等），平衡就向著減弱這個改變的方向移動。
一、影響泡沫穩定性的因素
1、表面張力
①促使液體表面收縮的力叫做表面張力
②液體表面相鄰兩部分之間，單位長度內互相牽引的力
2、表面粘度：
表面粘度是指液體表面單分子層內的粘度。它通常由兩親分子(如表面活性分子)在表面上所構成的單分子層產生的。
3、液體粘度：
液體本身粘度較大，則液膜中液體不易排出，液膜厚度變小的速度較慢，因而延緩了液膜破裂時間，增加了液膜的穩定性。
表面粘度越大，泡沫越穩定，這是因為表面粘度越大，液膜的強度越大。表面膜強度與表面吸附分子間的相互作用有關，相互作用大，則強度大。
液體本體粘度是泡沫穩定的輔助因素，若沒有表面膜的形成，溶液本體粘度再大，也無助于泡沫穩定性的提高。
4、表面張力的“修復”作用：
表面張力的“修復”作用是指當液膜局部受力而伸展、變薄時，吸附于液膜上的表面活性劑分子通過在液膜上的遷移，使液膜厚度復原和表面張力復原的過程。又稱為吉布斯-馬蘭各尼效應（Gibbs-Marangoni效應）。
5、氣體通過液膜的擴散(氣體透過性)
氣體的透過性，是指氣泡中的氣體通過液膜擴散至空氣中或者鄰近的較大氣泡中的過程。
6、表面電荷的影響
液膜表面帶有電荷，有利于液膜保持一定的厚度，從而有利于泡沫穩定。離子型表面活性劑作為起泡劑時，表面活性離子富集于液膜表面，組成了表面雙電層。當液膜變薄至一定程度時，兩個雙電層發生重疊，產生靜電斥力，有利于液膜保持一定的厚度，所以對泡沫的穩定性有利。
從以上的討論可以看出，影響泡沫穩定性的因素很多，但最重要的因素是液膜的強度。
當表面活性劑作為起泡劑及穩泡劑時，表面吸附分子排列的緊密程度是決定表面膜強度的主要因素。排列緊密，則相互作用強，使表面膜強度大，而且使表面吸附層下面鄰近的溶液不易流動，排液相對困難，液膜厚度容易保持，所以有較高的泡沫穩定性。
泡沫的危害
在實際生產中，泡沫也常常帶來危害。
(1)影響儀表操作不利于準確計量
(2)浪費設備容量
(3)降低結合強度
(4)限制生產力
(5)造成原料和產品的浪費
(6)延長了反應周期
(7)影響產品品質
(8)污染環境、引起事故的原因之一
消泡劑，又稱為抗泡劑，在工業生產的過程中會產生許多有害泡沫，需要添加消泡劑。廣泛應用于清除膠乳、紡織上漿、食品發酵、生物醫藥、涂料、石油化工、造紙、工業清洗等行業生產過程中產生的有害泡沫。
當發泡體系劇烈發泡時，滴加消泡劑后，如變魔術似的泡沫立即消滅。實際上消泡劑的作用是抵消助泡物質的穩泡作用。
泡沫本來是極不穩定的，如純凈的水在攪拌之下，也會形成泡沫，但是一旦停止攪拌，泡沫馬上消除。如果在水中添加了助泡物質，由于助泡物的穩泡作用，才難以使泡沫破滅。所以即使是會起泡的純凈表面活性劑，因為沒有助泡物，也不會形成穩定的泡沫。
人們研究消泡劑抵消助泡物穩泡的作用機理，是在上個世紀40年代開始，直至今天我們在消泡領域已經革新了好幾代的產品。
消泡機理
1、降低泡沫液膜局部表面張力
因消泡劑微滴的表面張力比泡沫液膜的表面張力低。消泡劑浸入氣泡液膜，頂替了原來液膜表面上的穩泡劑，使其此處的表面張力降低（圖中A、B處），而存在著穩泡劑的液膜表面的表面張力高，將產生收縮力，從而使低表面張力的C處液膜伸長而變薄最后破裂使氣泡消除(D處）。
2、破壞液膜彈性
消泡劑的作用就是破壞泡膜的彈性。當消泡劑添加到泡沫體系中，會向氣液界面擴散，使具有穩泡作用的表面活性劑難以發生恢復膜彈性的能力。
3、降低液膜粘度加快排液速度
泡沫液膜的表面粘度高會增加液膜的強度，減緩液膜的排液速度，降低液膜的透氣性阻止泡內氣體擴散等作用，延長了泡沫的壽命而起到穩定泡沫的作用。
泡沫排液的速率可以反映泡沫的穩定性,添加一種加速泡沫排液的物質（消泡劑）,也可以起到消泡作用。
4、固體顆粒消泡
作為消泡劑的首要條件是固體顆粒表 面必須是疏水性的。如疏水二氧化硅固體顆粒。
疏水二氧化硅所起的作用是將原吸附于液膜表面的表面活性劑從液膜表面拉下來進入液膜的水相中，使液膜表面的表面活性劑濃度減低，從而全面的增加了泡沫的不 穩定性因素。
例如，降低了液膜的表面粘度，導致液膜自修復作用下降，加速液膜的排液速度，從而縮短泡沫的“壽命”。
消泡劑的其它作用機理
1、擴展作用產生的沖擊
泡膜受到一定程度的沖擊，即會破裂。加入的消泡劑在泡膜上產生的沖擊，也可以使泡膜破裂。
2、使助泡表面活性劑被增溶
某些能與溶液充分混合的低分子物質可以使助泡表面活性劑被增溶，使其有效濃度降低。常常發現，表面活性劑在混合溶劑中比在純溶劑中表面活性低。有這種作用的低分子物，如辛醇。它不僅減少了表面層的表面活性劑，而且還會溶入表面活性劑吸附層，降低其密合程度。通過以上兩方面的作用，減弱了泡沫穩定性。這就是可溶性消泡劑乙醇、丙醇、辛醇等的一種作用機理。為了有利于消泡往往在有機硅消泡劑配方中加入適當醇類，也起到一定的輔助消泡作用。
3、電解質瓦解表面活性劑雙電層
對于借助泡的表面活性劑雙電層互斥產生穩泡性的起泡液，加入一些普通的電解質，加入一些普通的電解質，即可瓦解表面活性劑的雙電層，而起到消泡作用。
從以上這些消泡機理可以看出,每種消泡劑對不同的泡沫體系,其作用的側重點不同,但都是通過破壞泡沫的穩定因素實現消泡。
消泡劑的組分
1、基本消泡劑-活性成份
作用：破泡、抑泡，減小表面張力。代表物：硅油、疏水白炭黑、高分子量的聚醚類、高級醇、脂肪酸酰胺、脂肪酸酯、有機磷酸酯、脂肪酸金屬皂、飽和和不飽和脂肪酸等。
2、乳化劑-分散劑
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：壬（辛）基酚聚氧乙烯醚、皂鹽、op 系列等、吐溫系列、斯盤系列等。
3、載體
作用：有助于載體和起泡體系的結合，易于分散到起泡體系里，把兩者結合起來，其本身的表面張力低，有助于抑泡，且可以降低成本。代表物：除水以外的溶劑，如脂肪烴、芳香烴、含氧溶劑、起泡液等。
4、乳化助劑
作用：使乳化效果更好。擴散劑：疏水二氧化硅、醇類；增稠劑：CMC 羧甲基纖維素、聚乙烯醚、丙烯酸系列等；穩定劑：如防腐劑和抗菌劑。
根據消泡作用的原理，消泡劑大致可以分成以下幾類
1、醇類
具有分枝結構的醇，如異辛醇、異戊醇以及高碳醇（二異丁基甲醇）等。
2、脂肪酸及脂肪酸酯類
大多數用于食品工業，如Span 80，Span 85等常用于酵素、酪素、奶糖的蒸發，脂肪酸常用于許多發酵過程。又如豆油、蓖麻油等天然油脂也是良好消泡劑。
3、酰胺類
如二硬脂酸酰乙二胺等多酰胺可用于蒸氣鍋爐內，作為防泡劑。
4、磷酸酯類
磷酸三丁酯是最常用的消泡劑，通常溶于有機溶劑中，應用時把它加到水中使之混溶。它也用于有機溶劑內，常摻入潤滑油中消泡。
5、有機硅化合物
主要指烷基硅油，它是高效消泡劑，只要每公斤幾毫克的用量，其消泡效果就很顯著，也能用于非水溶液的消泡。
6、其他類
各種鹵素化合物，如氯化烴、氟化烴、四氯化碳等都可以用作消泡劑，其中用得最多的是含氟有機物。其他如不溶于水的鈣、鎂、鋁皂也可以作為消泡劑。
根據其作用分為：消泡劑可分為破泡劑、抑泡劑和脫泡劑三種類型。
按成分分為：天然油脂（即豆油、玉米油等），聚醚類消泡劑，高碳醇 ，硅類 ，聚醚改性硅 ，新型自乳化消泡劑 。
按功能分為：耐堿消泡劑 ，耐酸消泡劑 ，高粘性泡沫消泡劑 ，涂料消泡劑 ，造紙消泡劑 ，水泥砂漿消泡劑，油田工業消泡劑，清洗用消泡劑，陽離子體系消泡劑 ，高效發酵消泡劑 ，水處理消泡劑。
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