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。在液体泡沫中,液体薄膜-液体和气体的界面起着重要的作用,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。
在不含表面活性剂的纯净液体如水中,气泡升至表面然后爆裂,是因为空气与液体之间的界面张力太高,导致气泡不能稳定存在。如果体系中含有表面活性物质,这些表面活性剂分子具有亲水疏水基的特性,在气泡周围形成一层界面吸附层,其中疏水一端朝向气泡,亲水一端朝向水,从而降低气泡和液体之间的界面张力。当气泡升至液体表面时,因空气和液体界面间也存在着表面活性分子,因而就形成了包括气泡上的表面活性剂层和液体表面活性剂的稳定双层,这种双层吸附层对气泡膜有保护作用。
泡沫稳定的原因主要有以下几点:由于双吸附层的覆盖,气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。同时,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,也会提高吸附层的机械强度。对于离子型表面活性剂,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。
在起泡体系中加入消泡剂,表面张力低的消泡剂分子立即散布于泡沫表面,快速铺展,形成很薄的双膜层,进一步扩散、渗透,层状入侵,从而取代原泡膜薄壁,使其迅速变薄,泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引,致使泡沫周围应力失衡,从而导致其破泡。目前常用的消泡剂种类主要有:有机硅类、聚醚类、醇类和矿物油类等。
消泡的原理