泡沫及泡沫液膜的性能,ppt.pptVIP

泡沫及泡沫液膜的性能 吕博 2012.10.15 内容要点 泡沫定义及分类 起泡剂及其类别 稳泡剂 泡沫液膜性质 泡沫 定义 泡沫是指气体分散在液体中的分散体系。 分类 稀泡沫：气体以小的球均匀分散在较粘稠的液体中，气泡表面有较厚的膜，这种泡沫叫稀泡沫，甚至有人把它称为“乳状液”。 浓泡沫：由于气体与液体的密度相差很大，液体的粘度又较低，气泡能很快地升到液面，形成气泡聚集物。气泡聚集物是由少量液体的液膜隔开的多面体气泡单元所组成，这种泡沫叫浓泡沫。 稀泡沫，气泡分离良好，为球形；浓泡沫，气泡紧密堆积，所以形状畸变，不是球形。 起泡剂 定义 在泡沫中虽然作为连续相的液体占的体积分数很小，但能否形成泡沫或决定泡沫稳定性的主要因素皆与液相的物理化学性质有关，仅靠一种纯液体要形成稳定的泡沫是很困难的，通常需加入第三种物质，一般是表面活性物质，才能形成泡沫，这种具有较好起泡性能的物质称为起泡剂。 常见的起泡剂：1、表面活性剂类：这是常见的起泡剂，例如十二烷基苯磺酸钠、十二醇硫酸钠以及普通的肥皂等，都有良好的起泡性能。这类物质的溶液，表面张力很容易达到25mN·m-1左右，这样低的表面张力无疑是良好起泡作用的主要因素，同时这类分子在液膜上下两侧的气－液界面作定向排列。伸向气相的碳氢链段之间相互吸引，使活性剂分子形成相当坚固的膜。同时伸入液相的极性基团由于水化作用，具有阻止液膜液体流失的能力。 2、蛋白质类：例如蛋白质、明胶等，对泡沫也有良好的稳定作用。这类物质虽然降低表面张力能力有限，但是它可以形成具有一定机械强度的薄膜,这是由于蛋白质分子间除有范德华力外，分子中羧基与胺基有形成氢键的能力，所以生成的薄膜牢固，泡沫也稳定。 3、固体粉末类：像炭末、矿粉等细微的憎水固体粉末，常聚集于气泡表面，形成了防止气泡相互合并的屏障，形成稳定泡沫。同时由于固体粉末形状各异，杂乱堆集，阻碍了液膜中液体流动，也利于泡沫的形成。4、其他类型：包括非蛋白质类的高分子化合物，如聚乙烯醇，甲基纤维素以及皂素、某些颜料等。 其作用与蛋白质类似，但没有蛋白质的缺点。 各类起泡剂的一个共同特点是：必须在气－液界面上形成一层坚固的膜。 稳泡剂 起泡剂是在搅拌或鼓泡的条件下有较好的起泡能力。但形成的泡沫寿命未必长久。为了形成稳定的泡沫，通常还需加入一些助表面活性剂，使已形成的泡沫更加稳定，该类物质称为稳泡剂，例如月桂酸、二乙醇胺等。 泡沫液膜的性能 在泡沫中气相压力是均等的，但液膜中有界面的曲率，在平面状液体内的压力大于弯曲面内的液体压力，如下图：三个气泡的液膜分界平面图如右图所示。A部分压力大于B，所以A部分液体向B部分流动，使液膜不断变薄，由于阻力存在，膜达到一定厚度后暂时平衡。B部分称为Plateau边界（平台边界）。 从曲面压力来看，要成为稳定泡沫，膜之间夹角应在120°最稳定，因为那时图中P与A、B、C间压力差最小。所以在多边形泡沫结构中，多为六边形结构，就是因为这个角度最稳定。 由于膜与气体的接触面积很大，液体极容易挥发，所以上述对液膜性质的讨论，必须加入起泡剂。 有了作为起泡剂的表面活性剂就要发生活性剂在界面上吸附，由于气泡膜有内外两个气—液界面，膜上就形成活性剂的双吸附层。 双吸附层的作用 由于吸附层的覆盖，膜中液体不易挥发。 活性剂亲水基团对水的吸引，是液膜中水的粘度增大，不易从双吸附层中流失，使液膜保持一定厚度。 活性剂分子亲油基团之间的相互吸引会增高吸附层的强度。 对于离子型活性剂，亲水基团在水中电离，活性剂离子端带有相同电荷的相互排斥，阻碍着液膜变薄。 这些因素都有利于阻碍液膜变薄，使得泡沫稳定。 本节小结 泡沫定义及其分类 起泡剂含义及常见起泡剂 稳泡剂 泡沫液膜的性能 * * 分散相 分散介质 稀泡沫 浓泡沫 连续相 分散相 泡沫液膜与乳状液液膜有相似之处，但有本质上的区别。 球形 多面体 内相形状 液体 气体 内相 乳状液 泡沫 泡沫液膜所占体积分数很小，且暴露在气体中，故液膜的物理性质是决定泡沫各种性质的主要依据。 地心引力 气泡相互挤压 液膜的液体流失 气泡挤压力来源 液体分子间相互吸引 (即范德华力) 曲面压力 气 气 液膜 液膜上的双吸附层 *