消泡剂基础知识.

消泡剂基础知识

为了搞清楚消泡剂在发泡介质中如何发挥作用，也为了更加合理、有效地使用消泡剂，我们就要熟悉它的作用机理及一般性质。

1. 消泡剂的作用机理

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，专家们各显神通提出许多机理。

以下分别介绍。综合了各路专家的推论，我们对消泡剂的消泡机理会有一定的认识。

(1) 罗斯假说

1941年，曾有人提出扩展系数S的概念，即：S=γm - γint -γa --------------------------------- 式(1)

式(1)中:γm-起泡介质的表面张力N/m; γint-消泡剂与起泡介质的表面张力N/m; γa -消泡剂的表面张力N/m。

扩展系数S若为正值，则消泡剂能够在泡膜的表面扩散，若为负值则难以扩散。也就是说S值越大则消泡剂越易

在泡膜上扩散。从式(1)可见消泡剂的表面张力越小，则S 值越大，越易在泡膜表面扩散，消泡效果也越好。

1948 年，又有人提出浸入系数E的概念，即E=γm + γint -γa --------------------------------- 式(2)

同样的道理以浸入系数E 值的正负，来判断消泡剂是否能进入泡膜表面。也是消泡剂的表面张力越小越好。

注意式(1)和式(2)是不同的, γint 前的符号不同，式(1)是负，式(2)正。

美国胶体化学家罗斯，在上世纪40 年代就开始研究泡沫问题，对添加各种表面活性剂的起泡体系进行试验和观察，寻找消泡剂在起泡液中溶解性与消泡效力的对应关系。在前人试验的基础上，他提出了一种假说：在溶液中，溶解状态的溶质是稳泡剂；不溶解状态的溶质，当式(1)、(2)中的扩展系数和浸入系数均为正值时，即是消泡剂。

不溶解的溶质，才能聚集为分子团。罗斯认为：如图1 所示,图右边消泡

剂的分子团小滴一接触泡膜，因为

S<0 E<0 S>0 E>0 E>0先浸入;S>0则在泡膜上扩展;接着泡膜局部变薄而断裂.从而导致气泡合并或破灭。而图左边当浸入系数S 和扩展系数E均为负值时,小滴既不浸入也不扩展；当浸入系数E为正值，扩展系数S为负值时,小滴浸入呈棱镜状,可浸入,但不扩展；只有二者均为正值时，才可能是消泡剂，如图1右边。图中双线部分表示是泡膜。

S<0 E>0 该假说给消泡剂的作用机理奠定了基础，很快得到了流传和广泛

扩展应用。

但是日本的专家佐佐木恒孝指出：罗斯假说不够全面。因为消泡作用包括抑泡和破泡两种类型。而消泡剂小滴推开泡膜面的表面活性断裂剂、置换成不稳定膜时，未必像罗斯所说的那样完全推开泡膜而嵌入。因此人们认为，除罗斯假说外，还存在着多种消泡机理。实际上,

罗斯早期的试验发现,虽然大多数消泡剂是不溶解的，可溶性添加剂

图1 扩展系数、浸入系数与消泡效果的关系大多数没有消泡作用。但是，确实有一部分消泡作用是在溶解状态下下进行的。也就是说，消泡剂也并非是绝对不溶性的物质。现在，越

来越多的人认识到：存在着多种消泡机理，而不仅是如罗斯早期所说的是因为消泡剂微粒贯穿泡膜而消泡。

(2) 与稳泡因素有关的几种消泡机理

随着对稳泡因数的不断认识，人们对消泡机理的认识也在不断深化。稳泡因数是多种多样的，决定消泡机理也有多种多样。

1) 消泡剂可使泡沫局部表面张力降低而导致气泡破灭。

有人在油体系中研究了聚硅氧烷的消泡过程,他们对泡沫体系以1/1000秒的速度连续拍照，照片放大100倍，连续拍摄的4幅照片的示意图见图2。由图2可见，硅油消泡剂小滴到达泡膜上，使泡膜表面破裂并合并成大泡图 2中从1~3，泡沫由4个合并成1个大泡，泡膜变薄。最后气液迅速分离，大泡消灭，到4则破泡结束。这也从客观上解释了，为什么一滴消泡剂下去，就像变魔术似的，一连串气泡破灭的原因。

图2含消泡剂的泡沫体系连续拍照结果的示意图图3 局部降低表面张力的消泡作用-一个泡沫放大的示意图

有人画出了图3，是局部表面张力降低而使泡沫破灭的示意图。当消泡剂附着到泡膜上即浸入泡膜液，会显著降低该处的表面张力。因为在水体系中，消泡剂的活性成分对水的溶解度较小，表面张力的降低仅限于泡膜的局部，而泡膜周围的表面张力几乎没有发生变化。表面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后导致泡沫破裂。提出这个看法的专家认为这是补充罗斯假说的又一种消泡机理。

2) 消泡剂能破坏膜的弹性导致气泡破灭

由于泡膜表面吸附表面活性剂，使表面张力降低。所以在受到局部压力，泡膜在该处局部变薄的同时，该处会因表面活性剂变稀薄而导致表面张力升高。正是因为新生的表面与原来的表面之间有了表面张力之差，使得泡膜受外界冲击变薄时，产生了弹性恢复力，泡膜才得以不破，起到了稳泡的作用。如果我们设法破坏这种弹性，就能破坏泡沫的稳定性。

有专家认为：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) 消泡剂能促使液膜排液导致气泡破灭

添加加速泡膜排液的物质(消泡剂)，可以消泡。如果泡膜厚，排液到

30~40nm的历程就长，而且，泡膜的自愈效应较强，泡膜弹性好，所以泡膜厚的泡沫寿命就长，泡膜排液速率可以反映泡沫的稳定性。液膜排液速率快，使液膜变薄，薄到一定的程度泡沫就破灭了。

4) 疏水固体颗粒消泡剂的作用机理

在起泡的水体系中，单独添加疏水二氧化硅

(即疏水白炭黑)颗粒,即有消泡作用。疏水的白炭黑