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溶液的起泡性和泡沫的穩定性是泡沫實際應用中最重要的兩個性質,其中起泡性是指形成泡沫的難易程度,通常受到表面活性劑的類型、分子結構以及濃度的影響,而泡沫的穩定性是指泡沫存在時間的長短,兩者表示不同的概念但卻密切相關。好的起泡性是研究泡沫穩定性的前提,而對泡沫穩定性的研究更是泡沫應用以及研究消泡
方法的前提。
由于泡沫是由氣相和液相形成的分散系統,屬于亞穩態體系。泡沫被破壞主要是隔開氣體的液膜由厚變薄,直至破裂的過程。常把引起泡沫破裂的物理現象歸結于以下幾方面:
(1) 由重力引起的 Plateau 邊界的排液;
(2) 由于毛細壓、Plateau 邊界的吸力和范德華分離壓引起的液膜排液;
(3) 由于薄液膜的破裂引起氣泡的合并;
(4) 氣泡間氣體的擴散。也就是說,泡沫的穩定性主要取決于液膜的排液和液膜的強度。
液膜排液主要是相鄰氣泡相互擠壓和重力作用的結果,其中氣泡的擠壓主要來源于曲面壓力。泡沫結構如圖
1.2 所示,Plateau 邊界區簡稱 P 區。假設氣泡的曲率半徑為 R1,P 區的曲率半徑為 R2,氣泡內的壓力為 P0,相鄰兩氣泡間的液體壓力為 PA,P 區的液體壓力為 PB,根據 Laplace 方程,可知曲面兩側的壓力差 ΔP:
其中σ (m N/m)為液體的表面張力。通常兩氣泡之間的液膜接近于平面,即 R1→∞,因此 ΔP >0。在壓力差的作用下,泡沫中的液體自動由液膜流向 Plateau 邊界層區域,導致液膜變薄最終氣泡聚并或破裂。
影響液膜強度的因素很多,包括液膜的吸附性能、液膜的厚度以及液膜的彈性。液膜的吸附性能包括氣液界面上吸附的表面活性分子的種類和數量。表面活性分子吸附在液膜上,降低表面張力,有利于泡沫的形成,但它只是泡沫形成的必要條件,不能充分保證泡沫有較好的穩定性。液膜的強度還與表面吸附分子之間的相互作用有關,相互作用較大者,其液膜強度也較大。