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泡沫的应用及消泡剂

泡沫的应用及消泡剂

泡沫是一种气体在液体中的分散体系,气体成为许多气泡被连续相的液体分隔开来,气体是分散相,液体是分散介质。

(一)泡沫的形成与结构

泡沫是泡的聚集物,是一个复杂的分散体系,由于气体与液体的密度相差很大,故在液体中的气泡会很快上升至液面,形成以少量液体构成的液膜隔开气体的泡沫,因重力作用,液面上形成的泡沫逐渐分为两种结构形态:下面部分的气泡呈球状,分隔液体之量较多,上面部分的气泡为多面体状,分隔液体之量越到顶部越少,而且气泡越大。

气泡中各个气泡相交处(一般是三个气泡相交,此为最稳定的结构),液膜中交界处的压力小于其他各处的压力,液体会自动从交界处流向其他位置,这就是泡沫的排液过程之一,另一种排液过程是液体因重力而下流,使膜变薄,但这仅是液膜较厚时才比较显著。液膜薄到一定程度,则导致膜的破裂、泡沫破坏。

纯液体不能形成稳定的泡沫,如纯净的水、乙醇、苯等,能形成稳定泡沫的液体,至少必须有两个以上组分,表面活性剂溶液、蛋白质以及其他一些水溶性高分子溶液等容易产生稳定、持久的泡沫,起泡溶液不仅限于水溶液,非水溶液也常会产生稳定的泡沫。

表面活性剂生成泡沫的能力和其他一些性能(如润湿、洗涤性能)并无一定关系,起泡能力强的洗涤剂,未必去污能力就强,如一般非离子表面活性剂的起泡性能远不如普通肥皂,但其洗涤性能却比肥皂好,因此不能简单地以起泡能力作为表面活性剂好坏的唯一标志。

起泡性好的物质称为起泡剂,一般肥皂、洗衣粉中的表面活性剂(烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠等)均是起泡剂,但应注意,起泡性只是在一定条件下(搅拌、鼓气等)具有良好的起泡能力,形成的泡沫不一定持久。为了提高泡沫的持久性,常在表面活性剂配方中加入一些辅助表面活性剂,如在十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中加入十二酰二乙醇胺,则可得到持久性良好的泡沫。十二烷基二甲基胺的氧化物也是增加泡沫稳定、持久性的一种添加剂,其效率甚至超过十二酰二乙醇胺。此类增加泡沫稳定性的表面活性物质,称为稳泡剂。

(二)泡沫的稳定性

泡沫的稳定性应与起泡力加以区别,起泡力是指泡沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少,而稳定性则指生成泡沫的持久性——消泡之难易。这就是说,泡沫的稳定性就是指泡沫存在“寿命”的长短,当然,就其本质而言,泡沫是一热力学上的不稳定体系,不可能是稳定的,泡沫的热力学不稳定性,是由于破泡之后体系的液体总表面积大为减少,从而体系能量(自由能)降低甚多的原因。

泡沫破坏的过程,主要是隔开液体的液膜由厚变薄,直至破裂的过程,因此,泡沫的稳定性主要决定于排液的快慢和液膜的强度。影响泡沫稳定性的主要原因,亦即影响液膜厚度和表面膜强度的因素,比较复杂。

1.表面张力

泡沫形成时,伴随液体表面积增加,体系的能量也相应增加,泡沫破坏时,细细的能量也相应下降若液体的表面张力较低,在泡沫形成时体系能量增加相对较少,而泡沫破坏时体系能量下降也较少。于是往往容易以液体的表面张力为影响泡沫形成及其稳定性的一个因素。但是单纯的表面张力这一因素并不能充分说明泡沫的稳定性,如果说,水的因其表面张力高而不易形成泡沫,那么一些纯有机液体,如乙醇、庚烷、苯及四氯化碳等,它们的表面张力比纯水低很多,而与肥皂水溶液相近,为何不易形成泡沫,可见,必须进行具体分析。

自能量观点考虑,低表面张力对于泡沫的形成较为有利,因为生成一定总表面积的泡沫时,可以少做功。但是不能保证生成的泡沫有良好的稳定性,只有当溶液表面能形成具有一定强度的表面膜时,低表面张力才有助于泡沫的稳定,因为对于形成表面膜的体系,当表面张力低时,泡沫液面的交界处与平面膜的压差小,从而排液速度减慢,液膜变薄也较慢,有利于泡沫的稳定。

很多实验结果说明,液体的表面张力不是泡沫稳定性的决定因素,除上述纯液体的情况说明此点外,许多水溶液的实际情形也是如此,如丁醇等烷基醇类的水溶液的表面张力比一般表面活性剂水溶液(如十二烷基硫酸钠水溶液)低,但后者的起泡性及泡沫稳定性却优于前者。非离子表面活性剂水溶液的表面张力一般皆低于离子型表面活性剂,但其起泡性及泡沫稳定性常低于离子表面活性剂。一些蛋白质水溶液的表面张力比表面活性剂水溶液高,但却有较高的泡沫稳定性。

2.表面粘度

决定泡沫稳定性的关键因素为液膜的强度,而液膜强度中的一个主要性质是实验中可测得的表面粘度。

从实验数据中可以看出,表面粘度较大的溶液所生成泡沫的寿命也较长,十二烷基硫酸钠样品不纯,含有相当量的十二醇,其水溶液具有高表面粘度和高泡沫寿命,从实验数据中也可看出,溶液的表面张力与泡沫的稳定性并无确定的关系。

实验数据表明,表面吸附膜的强度越大,则表面粘度越大,泡沫寿命越长,表面膜的强度与表面吸附分子间的相互作用有关,相互作用大者强度亦大。一般蛋白质分子较大,分子间作用较强(特别是分子间可有大量氢键形成,相互作用更为强烈),故其水溶液所形成的泡沫稳定性较好,一般疏水基中分支较多的表面活性剂。分子间相互作用较直链者差,因而溶液中的表面粘度较小,泡沫稳定性亦差,如不饱和烯烃经硫酸化后的表面活性剂(亲水基SO4处于碳氢链中部),其水溶液的泡沫稳定性差,而十二烷基硫酸钠(SO4基处于碳氢链端部)水溶液的泡沫稳定性就良好。

在月桂酸钠或十二烷基硫酸钠水溶液中,加入少量月桂醇或月桂酰异丙醇胺,表面膜强度增大、表面粘度增加。其原因主要是构成表面混合膜的吸附分子密度大为增加,混合膜中的分子相互作用较强,因为在加入月桂醇或月桂酰异丙醇胺之前,直链烷基由于极性基负电荷之间相斥,不能靠近,加入之后,则由于月桂基的插入,表面上烷基的总密度增加,同时考虑到极性有机物添加剂的表面活性有机离子之间还存在离子-偶极的相互作用,这就更增加了两者分子间的作用。

表面吸附分子间的相互作用导致膜强度增大、从而提高泡沫寿命的情形,在正负离子表面活性剂混合体系中表现得更为突出。正、负离子表面活性剂之间非常强烈的分子相互作用,导致高气泡寿命,此种相互作用,除一般碳氢链间的疏水效应之外,主要还存在着正、负表面活性离子之间的强烈库仑引力。而且正、负离子表面活性剂混合溶液表面上的气泡不易移动(对表面吹气稍加扰动时),而单一离子表面活性剂溶液表面上的气泡则较易移动,这就表明,混合溶液的表面粘度较大,是强烈分子作用的结果,是导致高气泡寿命的重要因素。

3.液体粘度

表面粘度大时,泡沫液膜往往不易破坏,这里有两种作用,一为增加液膜表面强度,另一则为使液膜的二表面膜邻近的液体不易排出(因表面粘度大,邻近表面吸附层的液体也不易流动之故)。由此可见,若液体本身的粘度较大,则液膜中液体排出较为不易,液膜厚度变小的速度较慢,因而延缓了液膜破裂时间,增加了泡沫的稳定性,但是液体的内部粘度仅为一辅助因素,若无表面吸附膜形成,则即使内部粘度大也不一定能形成稳定的泡沫。

4.表面张力的“修复”作用

泡沫形成时,泡沫的液膜必须具有一定形式的弹性,以便缓冲液膜局部受力而伸展、变薄,起到防止液膜破裂的作用。当膜受到冲击时发生局部变薄的现象,此时变薄之处的液面面积增大,表面吸附分子的密度较前减小,于是局部表面张力增加,原来表面的分子就有力图向变薄表面迁移的趋势,使变薄表面分子的密度增加,从而使变薄表面的张力又降至原来的数值,与此同时,表面分子自原来表面迁移到变薄表面的过程中,会带动邻近的薄层液体一起迁移,结果是使受到外力冲击而变薄的液膜又变厚,表面张力复原(即吸附分子密度复原)与液膜的厚度复原均导致液膜强度恢复,亦即表现为泡沫具有良好的稳定性,不易破坏,此即所谓表面张力的“修复”作用。

对于表面活性剂吸附与表面的液膜,扩大其表面积将降低表面吸附分子的密度,同时表面张力增大,于是进一步扩大表面需要做更大的功,液膜表面积的收缩,则将增加表面吸附分子的密度,同时表面张力降低,于是不利于进一步的收缩,因此,表面活性剂吸附于百慕大液膜,有反抗表面扩张或收缩的能力,此即有所谓表面弹性者,亦即上述的“修复”或“复原”作用。纯液体没有表面弹性,因其表面张力不会随表面积变化,从而不能形成稳定的泡沫,此即为久已熟知的实验现象的本质。

对于此种作用,应考虑两种不同的过程,一种是自低表面张力区域迁移表面吸附分子至高表面张力区域的过程,另一种则为溶液中的表面活性剂分子吸附至表面的过程。此一过程亦可使受冲击液膜的表面张力恢复至原值,同时也恢复了表面吸附分子的密度。但若此过程进行较快,即吸附速度快时,则在液膜扩张部分所缺少的吸附分子将大部分由吸附来补足,而不是通过第一种过程的表面迁移。于是,受冲击部分液面的表面张力和吸附分子的密度随可复原,但变薄的液膜并未重新变厚(因无迁移分子带来溶液)。这样的液膜,其强度较差,因而泡沫的稳定性也较差。一般醇类水溶液泡沫稳定性不高,即与醇自溶液中吸附于表面的速度较快有一定关系;而一般表面活性剂在浓度较低时(小于cmc)的吸附速度则较慢,泡沫稳定性较高,表面活性剂溶液的浓度超过cmc较多时,表面吸附速度较快,泡沫稳定性差。

5.气泡通过液膜的扩散(气体透过性)

一般形成的泡沫中,气泡大小总是不均匀的,由于毛细压力的存在,小泡中气体的压力比大泡高,于是,气体自高压的小泡中透过液膜扩散至低压的大泡中,造成小泡变小(直至消失),大泡变大,最终泡沫破坏的现象。此种气体透过液膜的扩散,在浮于液面的单个气泡中清楚的表现出来:气泡随时间增长而逐渐变小,以致最终消失,一般可利用液面上气泡半径随时间变化的速率来衡量气体透过性。

对于0.1%十二烷基硫酸钠的气泡半径的平方-时间曲线并非直线,直线关系仅存在于时间越100min以前(相当于气泡生成起始的气泡半径的平方值降低一半)的一段,在此之后斜率变大,即透过性常数降低。正、负离子表面活性剂混合体系(1:1)的关系图,非直线关系在时间大于75min以后亦表现的非常明显。这种非直线关系的原因可能是由于空气泡中的氧气与氮气在水中的溶度有较大差别,或是由于气泡的气体透过膜面积并非2πr2。然而具体情况比较复杂,如透过膜的形状在气体通过过程中会有所改变,以及膜的厚度及均匀性变化等因素,都需要做进一步研究。

实验数据表明,气体透过性低者表面粘度高,泡沫稳定性亦较好;反之亦然(虽不完全对应,因还有其他因素,如膜厚等也有关系)。气体透过性与表面吸附膜的紧密程度有相当大的关系,表面吸附分子越紧密,则气体越难透过。

6.表面电荷的影响

如果泡沫的液膜两个表面带有相同符号的电荷,则两表面将互相排斥,以防止液膜变薄乃至破裂,离子性表面活性剂作为起泡剂时,由于表面吸附,表面活性离子会富集于表面。如十二烷基硫酸钠,即形成一层带有负电荷的表面,反离子Na则分布于液膜溶液中(溶液中也有表面活性离子,但比起吸附层来,密度很小),组成了表面双电层。当液膜变薄至一定程度时,两表面的电相斥作用开始变得显著起来,防止液膜进一步变薄。此种作用在液膜较厚时不大,溶液中电解质浓度较高时,扩散双电层压缩,电相斥作用变弱,膜厚度变小,使电相斥作用减小。

综合以上讨论可以看出,虽然影响泡沫稳定性的因素多种多样,但最重要的因素使表面膜的强度,对于表面活性剂作为起泡剂和稳泡剂的一般情况而言,表面吸附分子排列的紧密、结实性(强度)为主要因素;亦即泡沫稳定性决定于表面吸附分子的表面结构与相互作用。表面吸附分子结构紧密、相互作用强时,不仅表面膜本身具有较大强度,还能使表面吸附层下面邻近的溶液不易流动(表面粘度大),排液相对比较困难,液膜厚度比较容易保持。此外,排列紧密的表面吸附分子还能减少气体的透过性,从而增加泡沫的稳定性。因此欲获得稳定的泡沫或欲破坏不需要的泡沫时,应首先考虑组成表面膜的物质分子结构及性质。

(三).泡沫性能的测定

一般泡沫性能的测量,主要是对稳定性和起泡性的研究。

泡沫稳定性的测量方法很多,根据泡沫形成的方式主要分为两类:气流法和搅动法。气流法是以一定流速的气体通过一玻璃砂滤板,滤板上面盛有一定楝的测试溶液,气体通过滤板厚在容器(刻度量筒)中形成泡沫,当气体流速维持恒定并使用同一仪器时,流动平衡时的泡沫高度可作为泡沫性能的量度,因为泡沫高度是在一定气体流速下泡沫生成与破坏处于动态平衡时的泡沫高度,所以此量包括泡沫稳定性及起泡性两种性能。

搅动法是在气体(一般为空气)中搅动液体,使气体搅入液体中,形成泡沫,实验时在量筒中放入少量试液,用下端固定有盘状不锈钢丝网的搅拌器,通过液面上下搅动,形成泡沫。严格规定仪器规格、搅动方式、时间、速度及液体用量等,则生成泡沫的体积(刚停止搅拌时的体积)即可用来表示试液的起泡性,记录停止搅拌后泡沫体积虽时间的变化(减少)曲线,由此了解泡沫的稳定性。在生产及实验室中,比较方便而且准确地测量泡沫性能的“倾注法”,也属于搅动法之类。在粗管中装入一定量的试液(50ml),泡沫移液管中也装入200ml试液,外套管中通入恒温水,使实验在规定温度下进行,试验时,使200ml试液自移液管中自由流下,冲击底部试液后生成泡沫,一般可以用试液流下5min后的泡沫高度作为起泡能力的量度,也可以用起始泡高度及泡沫破坏一半(即泡沫高度为起始高度的一半)所需的时间来表示起泡性及泡沫稳定性。

作为相对比较的初步试验,可以采用振摇密闭容器中试液的简单方法,测量泡沫的性能,注意振摇的方式应予严格规定(如振摇次数、快慢及方向等),以便得出可供比较的结果,振摇后同样以泡沫的起始高度及破坏一半所需的时间来表示起泡性及泡沫寿命。

以上所述皆为对气泡聚集体的研究方法,在实验室中,也常对一个气泡的稳定性进行研究,即单泡寿命的研究。单泡稳定性的测量方法比较简单,气泡自插入试液中的毛细管口形成后,上浮于液面,记录气泡上升至液面到破裂的时间,即为此泡的寿命。由于影响因素复杂,而且往往无法精确控制(如少许振动、气泡的大小、气流及温度的轻微扰动等),往往需要多次测量,取其平均值。因此,方法本身虽然简单,但实验条件要求较高,实验时间亦较长,尽管如此,单泡法仍不失为研究泡壁液面气体透过性的最为适宜之法。可方便地由此测量气泡大小虽时间的变化率,求出气体透过性,并可估算液膜厚度。

(四)泡沫的应用

1.泡沫浮选

泡沫浮选是利用泡沫,把矿石中需要的成分与泥砂、粘土等物质分离,使有用矿物富集的过程。在此过程中,矿物的某种成分(一般是有用的矿物)附着在泡沫气泡上而浮于矿浆表明,其余成分则沉积于底部,有用的矿物随泡沫飘走,留下矿渣(偶尔也可使无用成分随泡沫飘走,留下有用的矿物)。浮选之前,先将矿石粉碎至一定大小,以利于随气泡漂浮,之后,加水制成矿浆,再加入浮选剂,以搅拌或其他方法通入空气,形成泡沫进行浮选。

大多数天然矿物的表面是亲水的,易为水润湿,必须加入某种试剂使其表面疏水,否则不能附着于气泡上漂浮,加入的这种实际成为捕收剂,是浮选剂中的一种。浮选剂中还有起泡剂,它有利于矿浆形成泡沫,以作为浮选的分离手段。有时还加入调节剂,它可以对捕收剂其促进或抑制作用,以达到对混合矿物作选择性浮选的目的。调节剂实际上亦是捕收剂的一类,均起改变矿物表面性质的作用。

常用的起泡剂有松油、甲酚类、醇类(中等分子量者,一般是五碳至八碳醇)等。“重吡啶”(取自煤焦油,为吡啶、喹啉等及其衍生物的混合物,制成盐酸盐或硫酸盐)常用于浮选铜、铅、锌的硫化物矿,兼有捕收剂的作用。也常用“加工蓖麻油”(蓖麻油皂化、干馏而得的辛醇、辛酮类五物)作为起泡剂,代替松油,在泡沫浮选中,泡沫的稳定性要求不高,以便分离以后易于破坏,从而获得选出的矿物。可以看出,上述起泡剂的化学结构就是符合能形成稳定性不高的泡沫的要求的:疏水基不长(八个碳原子以下)或有分支及不饱和基团,形成的表面膜强度差,从而泡沫的稳定性不高。

捕收剂大致可分为含硫化合物和不含硫化合物两类,前者如黄药(黄原酸盐)、黑药(二硫代磷酸盐)及白药(二硫苯脲)等。不含硫的化合物中,有脂肪酸及其皂、长链烷基胺及其盐等。含硫化合物用于金属硫化物矿的浮选,它使矿物表面变得疏水,于是矿粉易于随气泡浮起。非硫化物矿亦可先经硫化处理,然后再用含硫捕收剂浮选。如锌矿,可先用硫酸铜及硫化钠处理使其表面硫化,再用黄药浮选。不含硫的化合物则用于非硫化矿及非金属矿物(如贫铁矿、磷灰石、萤石、石英及长石等)的浮选。

如前所述,捕收剂的作用是改变矿物质点的表面性质,使之疏水。这主要是由于捕收剂强烈吸附于矿物表面,两亲分子的非极性基在表面作超外的定向排列,形成了疏水层。

2.离子浮选

离子浮选和泡沫浮选都是利用泡沫来分离混合物,不同之处前者是液-气体系,而后者是液-固-气体系,有固体表面润湿的问题。

离子浮选的起泡剂为表面活性剂。表面活性离子在气/液界面上吸附,形成定向离子层,疏水链朝向气相。此离子层对相反电荷的离子(反离子)有电性引力;不同的反离子,吸引力亦不同。利用这种性质,可以将溶液中某些离子性的物质随所形成的泡沫分离出来。特别是对于浓度很稀、含量很少的物质,其他方法往往不易分离,而用离子浮选法可得好的结果。

对于含有少量金、银化合物的溶液,如加入少量阳离子表面活性剂,使之形成泡沫,经分离后发现泡沫中的金与银的比例较溶液中大得多。若用阴离子表面活性剂为起泡剂,可以把银离子富集于泡沫中,而与金离子分离。

离子浮选用于提取海水中的重要元素,可能是有前途的。

3.泡沫分离法

实际上,泡沫浮选和离子浮选都是泡沫分离的方法,此处介绍的泡沫分离法,是指体系(溶液)本身的表面活性物质的提纯与分离,比较典型的是表面活性剂的提纯,如十二烷基硫酸钠的商品或实验室合成的粗产品,其中往往含有少量十二醇及无机盐(NaCl、Na2SO4),无机盐可通过在有机溶剂中(乙醇、丁醇)重结晶除去,而十二醇则不易除去。将空气通入此不纯物水溶液,使之形成泡沫。十二醇比十二烷基硫酸钠更容易在溶液表面吸附,所以泡沫中十二醇含量比溶液中大得多。不断移去泡沫,剩余物即为相当纯净的十二烷基硫酸钠。

不同物质有不同的表面吸附能力,这是泡沫分离法的根据。应用泡沫分离法可以分离不同碳氢链长的表面活性剂混合物。链较长者表面吸附能力强,首先出现于泡沫中;以后,随链长减小而依次出现,这与固体的分级结晶及液体的分馏很相似,称之为泡沫分级分离。

泡沫分离法曾被利用来提纯、分离酶蛋白,提纯了的酶表现出更高的生物活性。自甜菜制糖时,榨出糖液中的蛋白质、胶质等,使糖不易结晶,妨碍糖的精制,利用泡沫分离,可除去抑制糖结晶的杂质,使糖的精制易于进行。

(五)消泡

有些泡沫可以通过加某些试剂与起泡剂发生化学反应而破坏,如以脂肪酸皂为起泡剂而形成的泡沫,可以加入强酸(如盐酸、硫酸)及钙、镁、铝盐等,形成不溶于水的脂肪酸及难溶的脂肪酸盐,于是泡沫破坏,但是在工业生产中,由于存在腐蚀及堵塞管道的问题,很少应用此法。

工业中常用的消泡剂,都是容易在溶液表面铺展的有机液体,此种液体在溶液表面铺展时,会带走邻近表面的一层溶液,使液膜局部变薄;于是液膜破裂,泡沫破坏。一般情况下,消泡剂在表面上的铺展速度越快,则液膜变得越薄,消泡作用也就越强。一般能在表面铺展,起消泡作用的液体,其表面张力较低,易吸附于表面,使溶液表面局部的表面张力降低(即表面压增高),于是铺展自此局部发生,同时表面下面一层液体也因表面吸附分子由高表面压区向低表面压区(即高表面张力)区扩散而带走,致使液膜变薄,泡沫破坏。乙醚、异戊醇及上述的n-C3F7CH2OH等均属于此类消泡剂。由此看来,消泡作用的原因可能在于,一方面,易于铺展、吸附的消泡剂分子取代了起泡剂分子,形成强度较差的表面膜;另一方面,铺展过程中也同时带走了邻近表面层的部分溶液,使泡沫的液膜变薄,降低了泡沫的稳定性。

一种有效的消泡剂不但应该迅速使泡沫破坏,而且还要有持久的消泡能力(即在相当长的时间内防止泡沫生成),常常发现有些消泡剂在加入溶液一定时间后,就失去效力,若要防止泡沫生成,则还需要加入一些消泡剂。发生此种情况的原因,可能与溶液中起泡剂(表面活性剂)的cmc是否超过有关,在超过cmc的表面活性剂溶液中,消泡剂(一般为不易溶的有机液体)可能被加溶,以至于失去在表面铺展的能力,降低了消泡作用。对于溶解性较好或溶解速度较快的消泡剂(如碳原子数较少的醇类),同样也由于加入一定时间后即溶于水溶液中而失去在表面铺展的能力而无消泡作用。由于在开始加入消泡剂时,消泡剂在表面铺展的速度较大,溶解速度较慢,故有较好的消泡效果,经过一段时间,随着消泡剂的逐渐加溶(溶解),消泡效果就逐渐变差。

实验结果表明,此种加溶了消泡剂的溶液中,动表面张力随时间的变化率比未加消泡剂时要大,即表面张力在短时间内就下降至较低的数值。而如果在溶液中加入了稳泡剂,则结果相反,即表面张力随时间的下降率比为未加稳泡剂的溶液慢。这一点可以根据表面张力变化与表面吸附之间的关系的规律解释,在加消泡剂(如磷酸三丁酯)的情形中,溶液表面张力的急剧降低表明自溶液内部吸附至表面的吸附速度快;而加稳泡剂(如正癸醇或月桂醇)的情形中,则吸附速度慢(与未加消泡剂或稳沫剂的情形相比)。吸附速度快时,则自表面张力低处至表面张力高处的表面分子迁移过程不易进行,因而泡沫液膜加厚、复原的过程变缓,降低了泡沫的稳定性,于是消泡现象产生。加稳泡剂的情形则与此相反。

1.消泡剂

除上述一般低表面张力的有机液体外,还有有着不同消泡机理的固体粒子消泡剂,以及有机液体与固体粒子混合消泡剂。下面根据化学类型,列举常见的有机液体品种。

(1)醇类

常常应用的有分支结构的醇,如二乙基己醇、异辛醇、异戊醇、二异丁基甲醇等,这些消泡剂常用于制糖、造纸、印染工业中。

(2)脂肪酸及脂肪酸酯

不溶于水的脂肪酸及其酯,很多是无毒性的,常用于食品工业中作为消泡剂,如失水山梨醇单月桂酸酯(Span 20)用于奶糖液的蒸发干燥,用于鸡蛋白及蜜糖液的浓缩,以防止发泡;三油酸酯(Span 85)则用于酪素及酪素胶液的蒸发,以及酵母发酵时的消泡。

脂肪酸及其金属盐也常用于发酵过程及造纸工业中作为消泡剂,脂肪酸甘油酯多用于药品、食品工业及造纸工业中用作消泡剂。某些天然油脂,如蓖麻油、豆油等也常用来消泡,双乙二醇月桂酸酯曾广泛应用于消泡。

(3)酰胺

相对分子质量较大的多(聚)酰胺是蒸汽锅炉水经常使用的防泡剂,二硬脂酰乙二胺、二棕榈酰乙二胺及油酰二乙烯三胺缩合物等的使用效果比较好。

(4)磷酸酯

磷酸三丁酯是常用的消泡剂,其消泡作用可能是由于有降低表面粘度的能力,从而使泡沫液膜的排液更为容易,这是因为磷酸三丁酯分子在表面上有较大的分子截面积,它插入表面活性剂起泡剂分子之间,降低其分子间内聚力,结果使表面粘度降低,液膜排液加快。

其他磷酸酯,如磷酸三辛酯以及磷酸戊、辛酯有机胺盐亦常应用,不溶于水的磷酸酯,可先溶于与水易混溶的有机溶剂(如乙酸、丙酮及异丙醇等)中,然后再用于水溶液的消泡,可有较好的效果。磷酸酯也常用于润滑油的消泡,这是非水体系的消泡问题。

(5)有机硅化合物(硅酮)

硅酮一类化合物(主要是甲基硅油)的表面张力很低,容易吸附于表面,在液面上容易铺展,但形成的表面膜强度不高,因此是一种优良的消泡剂。硅酮不但用于水溶液体系,而且对非水体系也有效,用量也较小,硅油作为有效的消泡剂,被广泛地应用于造纸、明胶、乳胶等工业中。

(6)卤化有机物

卤化有机物,如氯化烃,特别是氟有机化合物,如氟氯化烃及多氟化烃等,也常用作消泡剂,高氟化合物,因其表面张力往往比非水油类的低,故常用于防止非水体系气泡。

(7)表面活性剂

一般非离子表面活性剂的起泡性大都较差,特别是聚醚型非离子表面活性剂的起泡性能更差,多为低泡型表面活性剂,有些甚是是很好的防泡和消泡剂,非离子表面活性剂在其浊点附近或浊点以上时,都呈现防泡性能,基本上作为消泡剂使用。

自分子结构上考虑,一般表面活性剂在表面上的吸附分子面积若较大,则表面吸附分子排列不紧密,表面膜强度差,所形成的泡沫不稳定,容易破坏。具有较大亲水部分,或是有两个亲水基处于分子两端的非离子表面活性剂结构,使得表面活性剂在表面吸附时排列不能紧密,形成的泡沫不稳定。此类表面活性剂形成的泡沫在数分钟内即完全(或近于完全)消失。对于聚醚类非离子表面活性剂,当相对分子质量相近而聚氧乙烯含量相同时,PEP型表面活性剂比EPE型表面活性剂具有更低的起泡能力。

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