泡沫产生的原因及消泡用(1)

1、泡沫产生的原因及消泡作用泡沫产生的原因及消泡作用 第二组 刘海涛 彭雪梅 泡沫产生的原因泡沫产生的原因 泡沫是常见的现象，搅拌肥皂水可以产生泡沫，打 开啤酒瓶即有大量泡沫产生等。一般来说，纯液体不会 产生泡沫，在纯液体产生的起泡，当它们相互接触或从 液体中逸出时，就立即破裂。一般说来，纯水甚至纯的 表面活性剂，由于表面和内部的均匀性，不可能形成弹 性膜，所以它们的泡沫总是不稳定的。 泡沫是不溶性气体在外力作用下，进入到低表面张 力的液体中，并被液体隔离所造成的。而我们在洗衣服 时之所以能产生稳定的气泡，是由于肥皂或洗涤剂等表 面活性剂起到了稳定泡沫的作用。 在液体泡沫中，液体薄膜液体和气体的界

2、面 起着重要的作用，仅有一个界面的叫气泡，具有多个界 面的气泡的聚集体则叫泡沫。 表面活性剂在气泡形成过程中的作用如何？表面活性剂在气泡形成过程中的作用如何？ 如果在液体内部吹一个气泡，有气泡就有了气液界 面，有了活性剂和界面就会发生活性剂在界面的吸附。 当气泡在液体内部时， 这种 界面吸附层就会就会对 气泡与气泡的相撞和合 并起阻碍作用；当气泡 因浮力作用而升出液面 时，由于气泡有内外两 个气-液界面，气泡膜上 就会形成活性剂的双层 吸附层，这种双层吸附 层对气泡膜有保护作用。 活性剂在气泡中形成的作用 能够稳定气泡的原因有以下几点：能够稳定气泡的原因有以下几点： （）由于双吸附层的覆盖，气

3、泡膜中的液体不易 挥发，并且由于活性剂分子间的吸力，使双吸附 层具有一定的强度。 （）活性剂分子中的极性基在水中水化，使液膜 中水的粘度增大，流动性变差，从而保持液膜具 有一定的厚度而不易破裂。 （）活性剂分子中的亲油链之间吸引，会提高吸 附层的机械强度。 （）对于离子型活性剂，其亲水基在水中电离而 产生静电斥力，阻碍液膜变薄破裂，从而增加了 泡沫的稳定性。如下图所示。 当稳定的气泡积累多了时，就会形成浓集的泡沫， 这种泡沫中的气泡已经不是环形，而是互相被挤 压成蜂窝状结构，分散相气体呈不规则的多边形， 这些多边形的气泡之间均有液膜，如图所示。常 用发泡剂有油酸钠、烷基磺酸钠、烷基硫酸铀、 烷

4、基苯磺酸钠等。 浓集泡沫的机构状态 对发泡剂分子结构的要求对发泡剂分子结构的要求 既能发泡又能稳定泡沫的物质叫发泡剂(泡沫剂)， 对它的分子结构有一定的要求： （）从液膜的保护膜要牢固出发，要求活性剂分子 形成双吸附层强度要大，因此要求活性剂烃链要有足 够的长度，而且烃链是正构的，以增强分子间吸引力， 使吸附层强度增大。当然烃链不能过长，否则亲油性 太强，影响在水中的溶解。 （）从液膜的排液速度要小出发，要求活性剂的亲水 基极性要强，即水化要好，以增加束缚水分子的数目， 从而提高液体粘度。 泡沫剂不一定都是活性剂，如亲油性的固体粉末 (炭黑粉、烟煤粉等)、明胶、蛋白质等都是发泡剂。 石油蒸馏等

5、工业中，即使不用表面活性剂也常常 产生大量的泡沫。这些泡沫常常妨碍操作和引起 公害，对一些工厂来说，消灭泡沫比制造泡沫更 为重要。将不稳定的泡沫长期放置或加热，使液 膜强度降低或靠自重使之消灭都是可能的。但对 于那些妨碍作业的泡沫，必须迅速消灭或者预先 加入消泡剂使之无法生成泡沫。直接消灭生成的 泡沫的方法称为消泡法，预先加入消泡剂使之不 能生成泡沫的方法称为抑泡法。因此，研究泡沫 的抑制和消除是很有意义的。 泡沫的消除方法泡沫的消除方法 物理方法：物理方法：改变温度，使液体蒸发或冻结；急剧改 变压力；离心分离溶液；超声波振动及过滤等破 坏泡沫。 化学方法：化学方法：加入消泡剂;除了使用消泡剂

6、外，改变pH 值，盐析或添加与起泡剂反应的化学试剂等也可 以除去泡沫。 消泡剂应是能在泡沫体系之中产生稳定的表面张 力不平衡，能破坏发泡体系表面粘度和表面弹性 的物质。它应具有低的表面张力和HLB值，不溶于 发泡介质之中，但又很容易按一定的粒度大小均 匀地分散于泡沫介质之中，产生持续的和均衡的 消泡能力。当泡沫介质由于某种原因要起泡时， 它首先能阻止泡沫的产生。而在已经生成泡沫的 泡沫体系之中，它又能迅速地散布，破坏气泡的 弹性膜，使之破裂。为此，消泡剂又可分为抑泡 剂和破泡剂两种。 抑泡法抑泡法 抑泡法是采用抑泡剂防止泡沫产生的方法。目前 还没有有效的、普遍通用的抑泡剂，对各种不同 情况必须

7、具体分析、因事制宜，采用适宜的抑泡 剂才能达到满意的抑泡效果。一般来用表面活性 剂作为抑泡剂。具有良好抑泡效果的表面活性剂 应具有如下的性质：它少在产液表面不形成紧密 的吸附膜，形成膜的表面弹性不会过高或过低， 吸附分子的分子间力小。 消泡法消泡法 消泡法就是在泡沫分散体系中加入消泡剂，使 泡沫破除的方法。一般具有破泡能力的液体，其 表面张力都较低，且易于吸附、铺展于液膜上， 使液膜的局部表面张力降低，同时带走液膜下层 邻近液体，导致液膜变薄、泡沫破裂。所以，破 泡剂在液面上铺展得越快，液膜变得越薄，破泡 能力越强。 有效的消泡剂既要能迅速破泡，又要能在相当 长的时间内防止泡沫生成。有些消泡剂

8、在加入溶 液后，经一段时间便会丧失消泡能力。一般地说， 开始加入消泡剂时，液膜上的铺展速率大于胶团 的增溶速率，表现出良好的消泡效果，经一段时 间后，随着消泡剂被增溶，消泡能力减弱。 消泡机理消泡机理 . .消泡剂使泡沫液膜局部表面张力降低而消泡消泡剂使泡沫液膜局部表面张力降低而消泡 因消泡剂微滴的表面张力 比泡沫液膜的表面张力低 ，当消泡剂加入到泡沫体 系中，消泡剂微滴与泡沫 液滴接触，可使此处液膜 的表面张力减低，因此泡 沫周围液膜的表面张力几 乎没有变化。表面张力降低的部分，被强烈地向 四周牵引、延展最后破裂使泡沫消除。 消泡剂破坏膜弹性使液膜失去自修复作用而消消泡剂破坏膜弹性使液膜失去

9、自修复作用而消 泡泡 在泡沫体系中加入表面张力极低的消泡剂如聚氧 乙烯聚硅氧烷消泡剂。此消泡剂进人泡沫液膜后， 会使此处液膜的表面张力降至极低。当此处的液 膜受到外界的扰动或冲击拉长，液膜面积会增 加，使此处的消泡剂浓度降低，引起液膜的表面 张力上升，但是由于消泡剂本身的表面张力太低， 无法使Y/dA具有较高值，而使膜失去弹性，液 膜不会产生有效的弹性收缩力来使膜的表面张力 和液膜厚度恢复，液膜终因失去自修复作用而被 破坏。 消泡剂降低液膜粘度使泡沫寿命缩短而消泡消泡剂降低液膜粘度使泡沫寿命缩短而消泡 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

10、等 作用，延长了泡沫的寿命而起到稳定泡沫的作用。有 生成氢键条件的稳泡剂如：在低温时聚醚型表面活性 剂的醚键与水可形成氢键，蛋白质的肽朊键能形成氢 键而提高液 膜的表面粘度。若用 不能产生氢键的消泡 剂将能产生氢键的稳 泡剂从液膜表面取代 下来，就会减小液膜 表面粘度，使泡沫液 膜的排液速度和气体 扩散速度加快，减少 泡沫的寿命而消泡。 聚乙烯链和蛋白质分子间形成的氢键 固体颗粒消泡作用机理固体颗粒消泡作用机理 固体颗粒作为消泡剂的首要条件是固体表面 必须是疏水的。如疏水二氧化硅固体颗粒其消泡 机理可用下图表示 疏水二氧化硅消泡过程 消泡剂性能消泡剂性能 消泡剂应具有下述性能： 具有能与泡沫表面接触的亲和能力 具有能在泡沫上扩散和进入泡沫，并取代泡沫膜 壁的性能； 不溶于介质之中； 具有在泡沫介质中分散的适宜颗粒作为消泡核心。 消泡的应用消泡的应用 发酵工业中的应用发酵工业中的应用 1发酵工业用消泡 2在各种发酵工业中应用 3发酵工艺过程中抑泡、消泡技术从发酵工艺的 全部过程到产品包装工序都需采取抑泡或消泡 措施，以顺利生产出符合标准的产品。 轻工业中的应用轻工业中的应用 1乳胶工业中的消泡在乳胶生产过程中，进行搅拌、 倾倒、流动、过滤时，会在胶料中混人大量气体，这些 气体在乳胶中形成气泡，若不及时消除，将给进一步的 加工操作造成困