第七章表面活性劑的起泡和消泡作用1.第一節泡沫簡介泡沫是指氣體分散在液體中的分散體系，氣體是分散相，液體是分散介質。氣泡被連續相的液體隔開來。泡沫有兩種聚集態，〔1〕氣體以小的球型均勻分散在較粘稠的液體中，氣泡間的相互作用力弱，這種泡沫被稱為稀泡，由于外觀類似乳狀液，有時甚至稱這種稀泡為“氣體乳狀液“2.〔2〕濃泡。濃泡的泡沫是密集的，氣泡間只被極薄的—層液膜所隔開，是結構為多面體氣泡的堆積。濃泡才是真正的泡沫。一、泡沫的分類泡沫的分類方法有以下三種：1．按泡沫的壽命分類可分為壽命為幾秒的“短暫泡沫〞和在無干擾條件下能維持幾天不破的“持久性泡沫〞。3.2．按起泡以及消泡之間的力平衡性質，可分為不斷接近平衡狀態〔起泡以及消泡之間的力幾乎相等〕的“不穩定性泡沫〞，和平衡過程受阻的“穩定性泡沫〞〔起泡力大于消泡力〕3．按聚集狀態可分為：液多氣少的“氣泡分散體〞即稀泡，氣多液少的“泡沫〞濃泡4.二、泡沫產生的條件

1．氣液接觸因為泡沫是氣體在液體中的分散體系，所以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。5.2。起泡速度應高于消泡速度無論你向純潔的水中如何充氣，也不可能得到泡沫而只能出現單泡，因為純水產生的泡沫壽命大約0.5秒之內，瞬間存在，即消泡速度高于起泡速度，所以純水中的只能出現單泡，因此不可能得到穩定的泡沫。6.但水中外表活性劑的存在不僅使發泡變得容易而且使發泡速度超過破泡速度，從而得到穩定的泡沫。7.8.三、泡沫的破壞機制泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系體系存在著巨大的氣—液界面，是熱力學上的不穩定體系。造成泡沫破壞的主要原因是〔1〕液膜的排液減薄；〔2〕泡內氣體的擴散。9.１.泡沫液膜的排液減薄〔1〕.重力排液氣泡間的液膜，由于液相密度遠大于氣相的密度，因此在地心引力作用下就會產生向下的排液現象，使液膜減薄。〔２〕.外表張力排液由于泡沫是由多面體氣泡的堆積而成．在泡沫中氣泡交界處就形成了如圖7—3中的形狀稱之為Plateau邊界(也稱為Gibbs三角)。10.11.B處為兩氣泡的交界處形成的氣—液界面相比照較平坦可近似看成平液面而A處為三氣泡交界處，液面為凹液面，從彎曲液面的附加壓力來考慮，所以B處液體的壓力應大于A處液體內部的壓力，因此液體從壓力大的B處向壓力小的A處排液，使B處的液膜排液減薄。12.2.氣泡內氣體的擴散因為形成泡沫的氣泡的大小不一樣，根據Young-Laplace公式附加壓力與曲率半徑成反比，小氣泡內的壓力大于大氣泡內的壓力，因此〔1〕小泡會通過液膜向大泡里排氣，使小氣泡變小以至于消失，大泡變大且會使液膜更加變薄，最后破裂。〔２〕液面上的氣泡也會因泡內壓力比大氣壓大而通過液膜直接向大氣排氣，最后氣泡破滅。？？？13.第二節外表活性劑的起泡和穩泡作用有SAA的水溶液形成泡沫的機理14.這種帶有外表活性劑的雙分子層水膜厚度具有光的波長等級(數百納米)，因此的氣泡在太陽光可以看到七色光譜帶。SAA會以疏水的碳氫鏈伸入氣泡的氣相中，而親水的極性頭伸入水中。此時形成的是由外表活性吸附在氣—水界面上形成單分子膜產生的氣泡，當氣泡上升露出水面與空氣接觸時，外表活性劑就吸附在液面兩側形成雙分子膜.15.一、外表活性劑的起泡能力前已述及，泡沫的產生是將氣體分散于液體中形成氣--液的粗分散體，在泡沫形成的過程中，氣—液界面會急劇地增加，因此體系的能量增加，這就需要在泡沫形成的過程中，外界對體系作功，如通氣時加壓或攪拌等方式。16.當外界對體系作功時，體系因產生泡沫使體系的能量增加，其增加值為液體外表張力γ與體系增加的氣—液界面的面積A的乘積(γ×A)應等于外界對體系所作的功。假設液體的外表張力γ越低，那么氣--液界面的面積A就越大，泡沫的體積也就越大，說明此液體很容易起泡。外表活性劑就具有明顯地降低水的外表張力的能力，因此外表活性劑具有很強的起泡能力〔性〕。17.二、外表活性劑的穩泡能力SAA的穩泡能力是指在外表活性劑水溶液產生泡沫之后，SAA使泡沫持久不滅，或增加泡沫“壽命〞的能力。這與SAA在液膜的性質有密切的關系。三、影響外表活性劑穩泡能力的因素1．界面張力18.低表〔界〕面張力有利于泡沫的形成，同時也有利于泡沫的穩定，因為當形成多面體的泡沫時，會產生外表張力排液的作用。假設液膜的外表張力低，在Plateu邊界和平面膜間的壓差就會小，液膜排液減薄的速度就慢，此時低表張力才有利于泡沫的穩定。19.但是，外表張力的大小并非決定因素，例如乙醇的外表張力在20C0時為2.4mN·m-1。由于其外表張力低，所以在外界條件作用下乙醇易于產生泡沫，但泡沫很不穩定破滅很快。而外表活性不太高的蛋白質、明膠等雖然產生泡沫不如乙醇那么容易，但泡沫一旦形成卻很穩定。20.

2．界面膜的性質界面液膜能否保持恒定要得到穩定的關鍵，影響界面膜性質的關鍵因素是液膜的外表粘度與彈性(1)外表粘度外表粘度是指液體外表分子層內的粘度。外表活性不高的蛋白質和明膠能形成穩定的泡沫是因為它們的水溶液有很高的外表粘度。21.22.溶液外表張力的上下與泡沫的壽命無一定關系。然而但凡體系的外表粘度比較高的體系，所形成的泡沫壽命也較長。因為十二烷基硫酸鈉和月桂醇在氣—液界面上形成了致密混合膜所致。于是十二烷基硫酸鈉以C12H25SO4-；的形式吸附在氣泡液膜上形成雙分子吸附膜.極性頭帶有負電荷,產生電斥力，23.不能形成緊密排列，當參加月桂醇后，非離子型的月桂醇插入兩個負離子SAA之間形成排列緊密的混合膜,效果：〔1〕.非極性碳氫鏈間的范德華力的增加有利于界面粘度的增加。〔2〕.同時月桂醇非離子SAA的插入會使SAA負離子間的電性排斥性減弱也有利于界面膜強度的增加。24.25.類似的情況也發生在將少量的月桂酸異丙醇胺參加月桂酸鈉的水溶液中，也會明顯地提高月桂酸鈉水溶液產生的泡沫的穩定性。26.(2)界面膜的彈性〔非強度〕外表粘度比較高而且彈性好才有高的穩泡性能例如，十六醇能形成外表粘度和強度很高的液膜但卻不能起穩泡作用，因為它形成的液膜剛性太強，容易在外界擾動下脆裂，因此十六醇沒有穩泡作用。理想的液膜應該是高粘度高彈性的凝聚膜。27.3，外表活性劑的自修復作用將一小針刺入肥皂膜，肥皂膜可以不破，說明肥皂膜有自修復作用。Marangoni認為當泡沫受到外力沖擊或擾動時，液膜會發生局部變薄使液膜面積增大，導致外表活性劑的濃度降低引起此處的外表張力暫時升高，28.29.由于A處的外表活性劑濃度低，所以外表活性劑由B處向A處擴散使A處的外表活性劑濃度恢復，外表活性劑在遷移過程中同時也攜帶鄰近的液體一起移動使其A處的液膜又恢復原來的厚度。外表活性劑的這種阻礙液膜排液的自修復作用稱為Marangoni效應，應還有附加壓力的效應30.31.形成局部的外表張力梯度，因此液膜會產生收縮趨勢，尤如液膜具有了彈性。通過收縮使該處外表活性劑濃度恢復并且能阻礙液膜的排液流失。把液膜這種可以收縮的性質稱為Gibbs彈性。Gibbs從另一角度分析了這一問題，當吸附了外表活性劑的泡沫受到震動、塵埃碰撞、氣流沖擊及液膜受重力作用排液時，都會引起液膜局部變薄，使液膜面積增大引起此處外表活性劑的濃度降低外表張力上升，32.正是這種因外表張力梯度引起的收縮效應使吸附了外表活性劑的液膜，在受到沖擊后，產生自動修補液膜變薄處，表現出外表活性劑的自修復作用。

Gibbs用下式來表示膜彈性：E膜彈性；A膜面積；γ外表張力T溫度;N組分33.34.**外表活性劑的濃度對其自修復作用有一定的影響。〔１〕假設外表活性劑的濃度太高，液膜變形區外表活性劑的補充往往是從垂直方向補充，于是液膜變形區外表活性劑的濃度可以恢復，但液膜的厚度卻無法恢復。這樣的液膜機械強度差，這就是外表活性劑的濃溶液為什么泡沫穩定性差的原因。35.〔2〕外表活性劑的濃度太稀，那么液膜外表的外表活性劑濃度低，當液膜變形伸長時液膜外表的外表活性劑濃度變化不大，外表張力降也不大，dγ／dＡ值小，液膜彈性低自修復作用就差，泡沫穩定性也差。泡沫最穩定的濃度是在某一濃度Ｃ時取得dγ／dＣ極大值時的濃度，外表活性劑在這一濃度所產生的泡沫是最穩定的。一般其濃度不要超過CMC太多。36.4．外表電荷假設泡沫液膜的外表上帶有同種電荷，當液膜受到擠壓，氣流沖擊或重力排液使液膜變薄，當液膜薄到一定程度大約為lOOnm時，就會產生靜電斥力作用阻止液膜排液繼續減薄，延緩液膜變薄的過程使泡沫穩定。37.38.39.5．泡內氣體的擴散氣體的擴散有兩個途徑，小泡內氣體向大泡擴散及外表泡內氣體向大氣排氣。事實證明，泡沫的排氣性與液膜的粘度有關，液膜的外表粘度高，氣體的相對透過率就低，氣泡的排氣速度慢，泡沫就穩定。40.SAA吸附于泡沫的液膜上形成緊密排列的雙分子吸附膜使液膜的外表粘度升高，特別是參加助泡劑后使液膜的透氣性明顯降低，阻止了泡沫氣泡的排氣。具有良好的穩泡作用。6．外表活性劑的分子結構外表活性劑的分子結構對泡沫的穩定性起很大作用。41.(1)外表活性基的疏水鏈為了使液膜須具有高粘度，SAA就必須在液膜外表形成緊密的吸附膜，因此SAA的疏水碳氫鏈應該是直鏈且較長的碳鏈，但碳鏈太長也會影響起泡劑的溶解度且剛性太強，所以一般起泡劑的碳原子數以C12～C14較好，42.c12和c14的月桂酸鈉和豆蔻酸鈉其碳鏈長度適中，能形成粘度較高且粘度適中的外表膜因此產生的泡沫穩定性好。(2)外表活性劑的親水基

SAA親水基的水化能力強就能在親水基周圍形成很厚的水化膜，因此就會將液膜中的流動性強的自由水變成流動性差的束縛水，同時也提高液膜的粘度和彈性，減弱了重力排液使液膜變薄，從而增加了泡膜的穩定性。43.實驗證明，直鏈陰離子型外表活性劑其親水性基水化性強又能使液膜的外表帶電，因此有很好的穩泡性能。而非離子外表活性劑的親水基聚氧乙烯醚〔僅有〕在水中呈曲折型結構不能形成緊密排列的吸附膜加之水化性能差，又不能形成電離層所以穩泡性能差，不能形成穩定的泡沫。44.第三節起泡劑與穩泡劑一、起泡劑起泡性能好的物質稱為起泡劑。具有低外表張力的陰離子外表活性劑一般都具有良好的起泡性，但生成的泡沫不一定有持久性。起泡劑大約有以下幾種：

1．羧酸類

(1)脂肪酸鈉(肥皂)45.發泡力強，具有優良的抗硬水性和鈣皂分散能力度和介質pH值的影響。脂肪醇聚氧乙烯羧酸鈉(AEC)〔2〕鄰苯二甲酸單脂肪醇酯鈉鹽白色膏狀流體，外表活性好，發泡性好皂分散性強，常用于日化及工業應用領域作為高效發泡劑。46.2．硫酸鹽類

(1)脂肪醇硫酸鹽(2)烷基醇聚氧乙烯硫酸鈉(AES)起泡力強，常用作液體洗滌劑的起泡劑(3)烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉泡沫豐富常用干凈洗劑中(4)烷基醇硫酸乙醇胺鹽前者為單乙醇胺泡沫豐富而穩定，常用于香波和液體洗滌47.

3．磺酸鹽(1)烷基磺酸鹽(2)烷基苯磺酸鈉有很好的起泡能力

4.磺化琥珀酸鹽外表活性高，起泡力強且泡沫穩定，鈣皂分散力強，抗硬水，可用于配制各種洗滌劑用作高溫鉆井液的發泡劑。48.(4)聚氧乙烯脂肪醇醚單酰胺磺化琥珀酸單酯二鈉鹽(1)脂肪酸單乙醇酰胺磺化琥珀酸單酯(2)脂肪酰胺磺化琥珀酸單酯二鈉鹽(3)聚氧乙烯烷基醚磺化琥珀酸單酯銨鹽49.二、穩泡劑1．天然產物

明膠和皂素等。明膠是一種從動物的皮骨中提取的蛋白質，富含氨基酸。皂素的上要成分是糖苷含有多羥基、醛基等。它們能在泡沫的液膜外表形成高粘度高彈性的外表膜，因此有很好的穩泡作用，50.這是因為明膠和皂素的分子間不僅存在范德華引力而且分子中還含有羧基，氨基和羥基等。這些基團都有生成氫鍵的能力。使外表膜的粘度和彈性得到提高，從而增強了外表膜的機械強度，起到了穩定泡沫的作用。51.

2．高分子化合物高分子化合物如聚乙烯醇、甲基纖維素，及淀粉改性產物，羥丙基、羥乙基淀粉等，它們具有良好的水溶性，不僅能提高液相粘度阻止液膜排液，同時還能形成彈性高的膜。因此有較好的穩泡作用。52.3．合成外表活性劑合成外表活性劑作為穩泡劑一般是非離子型外表活性劑，其分子結構中往往含有各類氨基、酰氨基、羥基、羧基、羰基酯基和醚基等具有生成氫鍵條件的基團。用以提高液膜的粘度，增加穩泡力。53.

(1)脂肪酸乙醇酰胺(2)脂肪酸二乙醇胺(3)聚氧乙烯脂肪酰醇胺(5)烷基葡萄糖苷(APG)(4)氧化烷基二甲基胺〔OA〕54.第四節消泡機理雖然泡沫有不少用處，但是在絕大多數生產過程中，泡沫會給生產帶來許多麻煩，因此研究泡沫的抑制和破滅是一個重要的研究課題。有些泡沫可以通過參加某些試劑與起泡劑發生化學反響而破壞。例如脂肪酸皂為起的泡劑泡沫，可以參加強酸及鈣、鎂鋁鹽等，形成不溶于水的脂肪酸劑難溶的脂肪酸鹽，于是泡沫破壞。55.一般來說，泡沫的消除大致有兩種方法，物理法和化學法。物理法：高壓、靜電、加熱等方法，化學法是用消泡劑消泡。消泡劑大多數屬于外表活性劑類型。下面介紹羅斯假說和幾種消泡劑的作用機理。一、擴展系數與浸入系數

l，擴展系數56.1941年，哈金斯(Harkins.W.D〕提出了擴展系數S的概念γm—起泡介質的外表張力(mN·m－1〕一般為水；γint—消泡劑與起泡介質的界面張力(mN·m－1)γa—消泡劑的外表張力(mN·m-1)哈金斯認為當S>o時，消泡劑能在泡沫液膜上擴展，而當S<0時，那么不能在泡沫液膜上擴展。57.

2．浸入系數1948，魯賓遜(Robinson，J，V．)和伍茲(Woods，W．W．)提出了“浸入系數〞E的概念，即：58.魯賓遜和伍茲認為：當E>0時，消泡劑能夠進入泡沫液膜，而當E<0時，消泡劑那么不能夠進入泡沫液膜。

微滴既能浸入也能在泡沫液膜擴展稱之為消泡劑。美國膠體化學家羅斯(Ross，S．)對添加了各種外表活性劑的起泡體系進行試驗和觀察，發現消泡劑在起泡液中溶解性與消泡效力的對應關系。59.提出了羅氏假說：在溶液中，液體假設呈溶解狀態的是溶質，是穩泡劑；不溶解狀態的溶質，當浸入系數與擴展系數均大于零時，才是消泡劑。因為只有在液體溶質不溶解的狀態下，才能聚集為液體分子團即一個微滴。而微滴的形成正是消泡的前提。60.

羅斯認為，當消泡劑的分子團即微滴與泡沫液膜接觸時．首先應該是浸入，浸入之后在泡沫液膜上擴展，使液膜局部變薄最終斷裂，導致氣泡合并或破滅。61.62.二、消泡機理1．消泡劑使泡沫液膜局部外表張力降低而消泡消泡劑微滴的外表張力要比泡沫液膜的外表張力低。這樣，當消泡劑參加到泡沫體系中后，消泡劑微滴與泡沫液膜接觸，可使此處泡沫液膜的外表張力減低，而此處周圍液膜的外表張力未變化。63.外表張力降低的局部，被強烈地向四周牽引、延展，最后破裂使泡沫破滅。詳細過程見以下圖：64.消泡劑浸入氣泡液膜擴展，頂替了原來液膜外表上的起泡和穩泡劑，(圖中A、B處)使其此處的外表張力降低，而存在著穩泡劑的別處液膜外表的外表張力高，將產生拉力，從而使低外表張力的C處液膜被拉長而變薄，最后破裂使氣泡破滅(D處)。65.

2．消泡劑破壞膜彈性使液膜失去自修作用而消泡在泡沫體系中參加外表張力極低的消泡劑如聚氧乙烯聚硅氧烷消泡劑。此消泡劑進入泡沫液膜后，會使此處液膜的外表張力降至極低。當此處的液膜受到外界的擾動或沖擊拉長，液膜面積A會增加，但是由于消泡劑本身的外表張力太低，無法使具有較高值而使膜失去彈性，失去自修復作用而破壞。

66.

3．消泡劑降低液膜粘度使泡沫壽命縮短而消泡。形成氫鍵提高粘度67.形成氫鍵提高粘度68.固體顆粒作為消泡劑首要條件是固體顆粒必須是疏水性的。4．固體顆粒消泡作用機理69.70.當疏水二氧化硅顆粒參加泡沫體系后，其外表與起泡劑和穩泡劑疏水鏈吸附，而親水基伸入液膜的，這樣二氧化硅的外表由原來的疏水外表變為了親水外表，于是親水的二氧化硅顆粒帶著這些外表活性劑一起從液膜的外表進入了液膜的水相中。使液膜外表的外表活性劑濃度減低，從而全面的增加了泡沫的不穩定性因素，大幅地縮短了泡沫的“壽命〞而導致泡沫的破壞。71.第五節消泡劑一、天然產物及其改性產物1．天然油脂天然油脂主要成分是高級脂肪酸及其酯，高級醇及其酯，它們在不同的條件下都可用作消泡劑。主要包括各種動植物油。植物油類如：棉子油、蓖麻油、油酸、椰子油、妥爾油及啤酒花油等。各種動物油如，豬油和牛羊油。此外，還有各種動植物蠟如：棕櫚蠟、蜂蠟和鯨蠟等。72.

2．改性產物為了改進天然油脂在水中的分散性，可將不溶水的高級脂肪酸、高級脂肪酸酯等溶于煤油等礦物油中，配制成飽和溶液用作水體系的消泡劑。另—種方法是配制成O／W型的乳狀液來使用，例如，先將硬脂酸和各種甘油的酯先溶于礦物油中然后采用O／W型乳化劑配制成O／W型乳劑再使用，還可以將硬脂酸制成各種鹽如：鋁、鋇、鈣和鋅等油溶鹽，再將它們溶于石蠟油中作消泡劑使用。73.二、合成外表活性劑1．脂肪酸酯型(1)二元醇作起始劑(2)丙三醇作起始劑2．聚醚型聚氧丙烯甘油醚(GP型)74.聚醚型消泡劑的特點。(1)在水中的溶解度具有逆溫性，在低溫溶于水，當溫度升高，直到“濁點〞時，根本上不溶于水中而以小油滴形式存在干水中。②濁點時有很低的外表張力。同時由于此時的分子結構為鋸齒狀，當吸附在液膜外表時不能形成緊密的外表膜(1)聚氧乙烯醚(2)聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物(3)以氨為起始劑75.以丙三醇作起始劑這類消泡劑通常被稱為甘油聚醚，有兩種類型GP型和GPE型。聚氧丙烯甘油醚(GP型)本品為無色或淡黃色粘稠液體，難溶于水，可用作酵母、味精、鏈霉素、造紙、生物農藥等生產中作消泡劑76.聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚(GPE型)本品一級品為無色透明液體，濁點為17～21℃，有很強的消泡功能，常用于制藥工業作抗菌素發酵過程的消泡劑。77.以季戊四醇作起始劑當R＝C17H35，稱為甘油聚醚硬脂酸酯用GPES表示，其單酯、雙酯、和三酯分別用GPES-l、GPES-2和GPES-3表示。這類消泡劑由于端基被酯化后親水性進一步降低，親油性增加消弱了原來聚氧乙烯鏈與水分子間的氫鍵而有利于外表張力的降低，以折疊式的結構，平臥于氣—液界面上因此活性高，用量少消泡力強。78.79.

試驗證明GPES—2型消泡性能在三者中最好。

3有機硅型作為消泡劑的有機硅是聚硅氧烷80.其中n值為幾十到幾百，R多為一CH3就是甲基硅氧烷，是用得最普遍的消泡劑。(1)有機硅消泡劑的特性1.外表張力低81.2.溶解度低且活性高在水中和油中的溶解度均很差。吸附狀態有利于低的外表張力和高活性。82.3.揮發性低并具化學惰性4.無生理毒性可用于食品、制藥及醫療。(2)有機硅消泡劑的類型

1.用于水體系的有機硅消泡劑2.用于油體系的有機硅消泡劑83.

4．聚醚聚硅氧烷型聚硅氧烷難溶于水的性質，阻礙了它在水體系起泡液中的分散。它的油溶性，又降低了在油體系中的消泡效力，解決此間題的最正確途徑是通過嵌段共聚或接枝共聚向聚硅氧烷鏈上引入聚醚鏈段，使聚硅氧烷增加親水性，使其具有自乳性，84.聚硅氧烷聚醚型消泡劑的特性1.消泡效力強2.逆溶解性3.自乳性

4.穩定性5.生理無毒性

自發的形成聚硅氧烷鏈段卷曲在內部，聚醚段伸展在外部，形成膠團的性質允許在食品添加劑中使用85.5，固體顆粒型消泡劑固體顆粒型消泡劑在水中為固液懸浮體，適用于水體系。這種類型的固體消泡劑特別適用于需要迅速消除泡沫或只需在—短時期內控制泡沫的場合。86.關鍵是固體顆粒外表必須是疏水的，親水不行。87.可采用六甲基二硅醚及二氯二甲基硅烷等對白炭黑進行疏水處理方可作為消泡劑。第六節影響消泡劑效力的因素一、消泡劑的溶解度根據羅斯假說：在溶液中溶解狀態的溶質是穩泡劑；不溶解狀態的物質當浸入系數和擴展系數均為正值時才是消泡劑。只有當外表活性劑處于過飽和、不溶解狀態，以微粒形式聚集在泡膜上，才起消泡作用。88.二、加溶因此選用非極性基的化學結構不同于起泡劑的消泡劑，可在較低用量下取得較好的消泡效果。越容易被加溶，消泡效果越差89.三、外表電荷由于消泡劑與氣泡帶有同種電荷在相互靠近時會產生電斥力阻止消泡劑與氣泡接觸。而降低了消泡劑的消泡效率。看以下圖90.91.所以，應盡量采用難以吸附的離子型起泡劑的的消泡劑。四、起泡液的性質大多數消泡劑在不同的起泡液中其擴展系數和消泡效力均有較大差異，特別是高效消泡劑聚二甲基硅氧烷，居然在烷基苯硝酸鹽水溶液中無消泡作用。92.五、消泡劑本身的性質1.反復使用的性能；2.防止并聚減少分散度的能力。93.第七節泡沫性能的測定穩定性為泡沫最主要的性能，此外外表活性劑(或其它起泡劑)的起泡能力亦與泡沫有關的重要性質。因而，一般泡沫性能的測定主要是對穩定性及起泡性進行研究。94.泡沫穩定性的測量方法很多，主要分為兩類，氣流法及攪動法。前法是以一定流速的氣體通過一玻璃砂濾機，濾板上盛有一定量的測試溶液；氣體在通過濾板后在容器(刻度量筒)中形成泡沫。當固定氣體的流速，并使用同一儀器時，流動平衡時的泡沫高度A(如圖)。可以作為泡沫性能的量度。因為A是在一定氣體流速下泡沫生成與破害處于動態平衡時的泡沫高度，所以此量包括了泡沫穩定性及起泡性兩種性質。95.96.攪動法那么為：在氣體(一般即空氣〕中攪動液體，使氣體攪入液體中，形成泡沫。實驗時在量筒中放入少量試液，用下端固定有盤狀不銹鋼絲網的攪拌器(如圖)，通過液面上下攪動。嚴格規定儀器規格、攪動方式、時間、速度及液體用量等，那么生成泡沫的體積V(剛停止攪拌時的體積〕，即可用來表示試液的起泡性，并記錄停止攪動后泡沫體積隨時間的變化(減少)，作出曲線，由此了解泡沫的穩定性。一般即利用下式求出泡沫的壽命：97.98.在生產及實驗室中，比較方便而且準確地測量泡沫性能的“傾注法〞，也屬于攪動法之類。儀器為“羅氏泡沫儀〞99.100.在粗管中裝入一定量的試液(50毫升)，泡沫移液管中也裝入200毫升試液。外套管中通入恒溫水，使試驗在規定溫度條件下進行。試驗時，使200毫升試液自粗管上部自由流下，沖擊底部試液后生成泡沫。一般以試液流下五分鐘后的泡沫高度(毫米)作為起泡能力的量度；但也常以起始泡沫高度及泡沫破壞一半(即泡沫高度為起始高度的一半)所需的時間表示泡沫穩定性。101.第八節泡沫及消泡的應用一、泡沫滅火劑泡沫滅火劑的主要作用是起泡和滅火。氟類和硅酮類外表活性劑是代表性的滅火劑。由于泡沫中含有一定量的水分可起冷卻作用且在燃料的外表上覆蓋一層泡沫層而使可燃氣體與氧隔絕而起到滅火的目的。102.例如，對于烴類等液體的燃料的火災，消泡劑可以加速油的乳化或凝膠化，迅速在燃燒油的外表上展開，形成一層水膜而與空氣隔絕到達滅火的目的。形成這種泡沫的起泡劑多是高級脂肪酸類或高碳醇類的陰離子、非離子和兩性外表活性劑中具有高起泡力的外表活性劑形成的。103.實際使用的泡沫滅火器，常用硫酸鋁來代替鹽酸〔或硫酸〕，用碳酸氫鈉來代替碳酸鈉，為了產生泡沫，常參加甘草或皂角等作原料制取的液體。把泡沫滅火器倒轉時，兩種藥液相互混合，發生如下化學反響：

Al2(SO4)3+6NaHCO3＝3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑

104.大量的二氧化碳跟發泡劑形成泡沫，從噴嘴中噴射出來，覆蓋在燃燒物上，使燃燒物隔絕空氣和降低溫度，到達滅火的目的。

但是，因為泡沫中含有水分，不宜用于撲救遇水發生燃燒或爆炸的物質〔如鉀、鈉、電石等〕；對于電器火災，要在切斷電源后才能使用泡沫滅火器。

105.1．蛋白質泡沫滅火劑這種滅火劑主要是以天然蛋白質作為起泡劑。用于大型油罐貯存場固定泡沫滅火所使用的泡沫滅火劑。其蛋白質主要來源于牛馬的蹄、角等粉末的水解產物，它是一種分子量為5000～20000的高起泡性的多肽。其活性組分是由角朊中所含大量半胱氨酸鍵(－S－S－)生成能與鐵結合的巰基(SH)。106.這種肽和鐵(Ⅱ)的化合物是撲滅石油類火災的有效成分。在高油溫的水—油界面可以形成穩定的吸附膜起到隔絕空氣的作用以到達滅火的目的。2．合成外表活性劑滅火劑107.主要用于家室、坑道、地下道和高層建筑的滅火之用。用作起泡劑的外表活性劑有起泡力高的十二烷基三乙醇胺、十二烷基聚氧乙烯硫酸鹽及硅酮等。特別是硅酮類是以聚氨基甲酸乙酯作為發泡劑，它是由聚甲基硅氧烷—聚氧乙烯共聚物經改進而得到的產物。是一類性能很好的泡沫滅火劑。例如：108.109.3．含氟外表活性劑泡沫滅火劑用作泡沫滅火劑的含氟外表活性劑的碳氟鏈主要有以下幾種類型：－C8F17－和－C7F15－110.含氟外表活性劑特別適用于消滅石油類火災，因為它能使水的外表張力大幅度下降。全氟辛酸水溶液的外表張力在常溫下為15～23mN·m－1，可使水在油上的鋪展系數S>0而導致水在油上迅速鋪展形成一層水膜，這不僅將油與空氣隔絕而且還可阻止油的蒸發。例如，在汽油中只添加0.003％含氟外表活性劑泡沫滅火劑，進行通常的燃點試驗，可以不燃的。這種泡沫劑由于有氟碳基，在化學上是相當穩定的，能長期保存。還可與粉末滅火劑或蛋白質滅火劑并用。111.二、泡沫浮選1．泡沫選礦

2．離子浮選它是利用泡沫來別離溶液中電解質離子的一種方法。112.以離子型外表活性劑作為起泡劑，它會以疏水的碳氫鏈伸入氣泡的氣體中而以其離子頭伸入水相的吸附狀態吸附于氣—液界面上作定向排列，使氣泡的外表帶有電荷，它與溶液中的反離子間存在靜電引力，而且對不同的反離子靜電引力也有差異。所以可以把溶液中的某些反離子吸附于泡沫的氣—液界面上，然后隨氣泡升至液面成為泡沫而別離開，如圖7—20所示。這種方法特別適合于離子濃度低含量少的物質的別離。113.114.例如，溶液中含有KAuCl4(1x10-6mol.L-1和AgN03(1X10-6mol.L-1),可參加少量陽離子外表活性劑(十六烷基三甲基氯化銨等)使之形成泡沫，因為陽離子外表活性劑對[AuCl4]—陰離子的吸引力很強，在泡沫中[AuCI4－1]／[Ag+]的比值可達80。因此利用這個方法可以使金和銀兩種貴金屬得到很好的別離。也可以用此種方法將溶液中的微量巨毒物CN—離子除去。115.離子浮選應用于提取海水中的重要元素，可能會是很有前途的。海水中含有許多重要元素如Cu，Au，Zn，U等，雖然濃度很低，但海水可以說是取之不盡用之不竭的。如果能從海水中提出這些元素，那么其量是相當可觀的。因此，對于提取海水中提取微量元素，離子浮選法在原那么上是行之有效的。據報道，海水中僅含有一億分之一的Cu和Zn時，利用改進的離子浮選方法，提取率可達90％以上。關鍵在于建立低本錢、經濟高效的生產工藝。116.三、泡沫在原油開采中的應用1．泡沫鉆井液大多數鉆井使用泥漿，它有攜帶和懸浮鉆屑、穩定井壁、冷卻和沖洗鉆頭、去除井底巖屑等作用。對于鉆進中低壓油氣層的地區，如采用常規水基泥漿鉆井，會由于鉆井液的密度過高，壓力大容易產生將地層壓漏，使大量鉆井液流失的現象。這不僅給鉆進帶來很大困難而且還會嚴重損害油層。117.因此在鉆進低壓地層時采用具有低密度低壓力的泡沫鉆井液，泡沫的細小緊密結構所形成的粘滯性，使其具有良好的攜帶鉆屑的能力，利于發現油層和保護油層，還能有效地防止鉆井液漏失，顯著提高鉆井速度。118.

2．泡沫酸化壓裂液(泡沫酸)

壓裂酸化是在足以壓開地層形成裂縫或張開地層原有裂縫的壓力下，對地層擠酸的一種工藝，該工藝主要是在碳酸鹽巖中進行，是較大面積地改造低滲透油氣層的重要手段。泡沫用于油氣井增產具有濾失率低，粘度適當，懸浮力強。用量少對地層傷害小，反排性好等優點。泡沫酸是用發泡劑使氣體分散在酸溶液中，形成的氣—液分散體系。119.泡沫酸要求選擇適當的發泡劑及穩泡劑，提高外表粘度，增加泡沫穩定性。與常規鹽酸酸化比較，泡沫酸濾失量更低，攜砂能力更高，可用于水敏性地層，高粘度的泡沫還是攜帶支撐劑的良好介質。

泡沫酸施工后，井口壓力低，能促使氣體迅速膨脹并攜帶殘液及砂粒返排。泡沫酸化壓裂產生裂縫的能力較大，裂縫導流能力好，酸化半徑大，適合于厚度大的碳酸鹽巖油層，也適合于重復酸化的老井和水敏性地層。120.

3．泡沫在氣井排水中的應用

地層水和凝析油不斷伴隨天然氣進入井筒，如果氣體有足夠的能量，它能把進入井筒的液體帶到地面，在井底不產生積液。在天然氣開采中后期，由于氣量缺乏或產層的液體較多，氣體不能把水和凝析油完全帶到地面，在井底和井筒內產生積液，如不及時排出，那么產生回壓，同時使井壁附近產層的滲透性變壞，造成天然氣產量急劇下降，有的甚至被水淹停產。121.為了延長氣井開采壽命，提高天然氣采收率，用泡沫排水是一種已實現的好方法。所