表面活性劑的泡沫特性

1、;表面活性劑的泡沫特性類 別：化妝品工業(yè)作 者：關(guān)鍵詞：表面活性劑,泡沫特性【內(nèi)容】(1)泡沫的作用 泡沫作用與洗滌的關(guān)系不像乳化作用與洗滌的關(guān)系那么清楚。習(xí)慣上往往把起泡作用與洗滌作用混為一談，認(rèn)為洗滌劑的好壞決定于泡沫的多少。實(shí)際并非如此，許多經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果都表明，洗滌作用與泡沫作用沒有直接關(guān)系。例如用低泡洗衣粉進(jìn)行洗滌，并不比高泡洗滌劑的洗滌效果差。 泡沫與洗滌雖然沒有直接關(guān)系，但在某些場合下，泡沫還是有助于去除污垢的，例如手洗餐具時(shí)洗滌液的泡沫可以把洗下來的油污攜帶走；擦洗地毯時(shí)，地毯香波的泡沫有助于帶走塵土等固體粒子狀污垢，泡沫起到攜帶污垢的作用。另外，泡沫有時(shí)可以作為洗滌液是否有效

2、的一個標(biāo)志，因?yàn)橹拘杂臀蹖ο礈煲旱钠鹋萘τ幸种谱饔?，?dāng)脂肪性油污較多而洗滌劑加入量不夠時(shí)，洗滌液就不會生成泡沫，并使原有的泡沫消失，這標(biāo)志洗滌液中洗滌劑量不夠，應(yīng)添加或另外配制洗滌液。 泡沫對盥洗制品是重要的，洗發(fā)或洗浴時(shí)產(chǎn)生細(xì)膩的泡沫使人感到滑溜舒適，令人愉快。所以，有必要了解表面活性劑的起泡作用和泡沫的特性。 (2)表面活性劑溶液的泡沫特性泡沫是指氣體分散在液體中的分散體系，其中氣體是分散相，液體是分散介質(zhì)。泡沫有兩種聚集態(tài)，一種是氣體以微小的球型均勻分散在較黏稠的液體中，氣泡問的相互作用力弱，這種泡沫被稱為稀泡，由于外觀類似乳狀液，有時(shí)甚至稱這種稀泡為“氣體乳狀液”。另一種被稱為濃泡。

3、濃泡的泡沫是密集的，氣泡間只被極薄的一層液膜所隔開，構(gòu)成多面體氣泡而堆積起來的濃泡。濃泡才是真正的泡沫。由于氣體與液體的密度相差很大，故在液體中的氣泡會很快地上升至液面。純液體是很難形成泡沫的，因?yàn)榕菽g只有極薄的一層液膜相隔，這層液膜是很不穩(wěn)定的，易被破壞。例如純凈的水中產(chǎn)生的泡沫壽命非常之短，一旦離開水面，在05s之內(nèi)馬上就破碎，因此在液面上不易觀察到泡沫。過程如圖1所示。圖1氣泡在純水中上升過程示意圖 如果在純水里加入少量表面活性劑，情況會發(fā)生很顯著的改變。在含有表面活性劑的水溶液中充入空氣或施以較劇烈的攪拌，在溶液內(nèi)部就可形成被溶液所包圍的氣泡。表面活性劑會吸附在氣-水界面上，以疏水的

4、碳?xì)滏溕烊霘馀莸臍庀嘀?，而親水的極性頭伸入水中，形成單分子膜氣泡。當(dāng)氣泡上升露出水面與空氣接觸時(shí)，表面活性劑就吸附在氣泡表面內(nèi)外兩側(cè)，形成雙分子膜。在雙分子膜的保護(hù)下氣泡就有較長的壽命，隨著氣泡不斷地產(chǎn)生，逐漸堆積在液體表面形成泡沫層。這種帶有表面活性劑的雙分子膜氣泡在太陽光下可以看到七色光譜帶，因?yàn)殡p分子膜的厚度剛好落在可見光的波長范圍內(nèi)(大約數(shù)百納米)。圖2是泡沫生成示意圖。圖2表面活性劑溶液中氣泡上升過程示意圖雙分子膜氣泡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。堆積在液體表面的泡沫層內(nèi)部如圖4所示。圖8-6(a)是氣泡在表面活性劑溶液內(nèi)部剛剛形成的狀況；圖4(b)疆氣泡上升到溶液表面時(shí)的狀況，它是以少量液

5、體構(gòu)成的液膜隔開氣體的氣泡聚集物，即通常所說的泡沫。與其他氣液分散狀態(tài)氣泡，如液體泡沫見圖4(c)和噴霧見圖4(d)不同，泡沫在形態(tài)上的一個特點(diǎn)是作為分散相的氣泡常常為多面體，像蜂巢狀的結(jié)構(gòu)，而不像乳狀液或上述幾種氣液分散體系那樣，分散相的液體或氣體經(jīng)常是以球狀或橢球狀的形態(tài)存在的。圖3雙分子膜氣泡的結(jié)構(gòu)圖4表面活性劑溶液中的氣泡和泡沫 (3)表面活性劑的起泡性 泡沫的產(chǎn)生是有條件。首先是需要?dú)庖簝上嗷ハ嘟佑|。因?yàn)榕菽菤怏w在液體中的分散體，所以只有當(dāng)氣體與液體連續(xù)充分地接觸時(shí)，才有可能產(chǎn)生泡沫。這是泡沫產(chǎn)生的必要條件但并非充分條件。充分條件是發(fā)泡速度高于破泡速度，它決定了泡的壽命。無論你向純

6、凈的水中如何充氣，也不可能得到泡沫而只能出現(xiàn)單泡，因?yàn)榧兯a(chǎn)生的泡的壽命大約在05s之內(nèi)，浮出水面后只能瞬間存在，因此不可能得到穩(wěn)定的泡沫。要想得到穩(wěn)定的泡沫只有在水中加入少量的表面活性劑，再向水中充氣。因?yàn)楸砻婊钚詣┑拇嬖诓粌H使發(fā)泡變得容易而且使發(fā)泡速度超過破泡速度，從而得到穩(wěn)定的泡沫。 泡沫的產(chǎn)生是將氣體分散于液體中形成氣-液粗分散體的過程。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，這就需要外界對體系做功，如通氣時(shí)加壓或攪拌等。當(dāng)外界對體系施加的功為一定值時(shí)，體系因產(chǎn)生泡沫而使能量增加，其增加值為液體表面張力與體系增加的氣-液界面的面積的乘積，即等于外界對體系所做的功

7、。液體的表面張力越低則氣-液界面的面積就越大，泡沫的體積也就越大，說明此液體很容易起泡。表面活性劑具有明顯地降低水的表面張力的能力，如十二烷基硫酸鈉能把水的表面張力從728mNm降至395mNm，因此十二烷基硫酸鈉的水溶液就容易產(chǎn)生泡沫。而純水因其表面張力高而不易產(chǎn)生泡沫。表面活性的起泡力可以用表面活性劑降低水的表面張力的能力大小來表征，表面活性劑降低水的表面張力強(qiáng)者其起泡力就越強(qiáng)，反之越差。(4)表面活性劑的穩(wěn)泡性 表面活性劑的起泡性和穩(wěn)泡性是兩個不同的概念，表面活性劑的起泡性是指表面活性劑溶液在外界條件作用下產(chǎn)生泡沫的難易程度，表面活性劑降低水的表面張力的能力越強(qiáng)越有利于產(chǎn)生泡沫。表面活性

8、劑的穩(wěn)泡性是指在表面活性劑水溶液產(chǎn)生泡沫之后，泡沫的持久性或泡沫“壽命”的長短。這與液膜的性質(zhì)有密切的關(guān)系。影響表面活性劑穩(wěn)泡性的因素主要是界面張力和界面膜的性質(zhì)。一個在教科書中經(jīng)常被引用的典型例子是：乙醇的表面張力在20時(shí)為224mNm，由于其表面張力低，所以在外界條件作用下容易產(chǎn)生泡沫，但泡沫很不穩(wěn)定，很快就破滅。而表面活性不太高的蛋白質(zhì)、明膠等雖然產(chǎn)生泡沫不如乙醇那么容易，但泡沫一旦形成后卻很穩(wěn)定。這個例子說明氣-液界面張力的大小是泡沫產(chǎn)生的重要條件但并非必要條件。低表面張力有利于泡沫的形成，但生成的泡沫并非一定是穩(wěn)定的。因此表面活性劑的穩(wěn)泡性不能完全由其降低液體表面張力的能力來決定。

9、表面黏度是泡沫穩(wěn)定的重要因素。因?yàn)闆Q定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的強(qiáng)度，而液膜的強(qiáng)度主要取決于表面吸附的堅(jiān)固程度，液膜堅(jiān)固程度可以用表面黏度來量度。從定性的角度看，在大多數(shù)情況下，泡沫的穩(wěn)定性與表面黏度有關(guān)，但這種關(guān)系現(xiàn)今還不十分清楚。然而，比較公認(rèn)的看法是：表面黏度非常低的“氣體”單分子膜或黏度非常高的“固體”單分子膜，所產(chǎn)生的泡沫均是不穩(wěn)定的。在這樣兩種情況下膜的彈性低。此外，表面黏度過高，可能減慢了通過表面遷移機(jī)理使變薄部位自身修補(bǔ)的作用。液晶的存在和黏度增高，可能增加泡沫的穩(wěn)定性，例如對于表面活性劑、脂肪醇、水的三元體系，含有液晶的溶液可產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫，液晶的黏度高，使液膜排液速度下降。 雙電層的存在對泡沫穩(wěn)定性也有一定的影響。離子型表面活性劑用作起泡劑時(shí)，由于表面吸附的結(jié)果，表面活性劑離子將富集于表面上，泡沫的液膜帶有相同的電荷。液膜較厚時(shí)，液膜的兩個表面排斥作用不很顯著，當(dāng)液膜變薄時(shí)，由于液膜兩邊被吸附離子表面活性劑構(gòu)成的離子雙層的電相斥作用，可防止液膜進(jìn)一步變薄(圖5所示)。如果將電解質(zhì)加于起泡的溶液，引起雙電層的壓縮，減少了液膜兩邊的電相斥作用，膜厚度變小，降低了泡沫的穩(wěn)定性。圖5液膜中兩個互相排斥的雙電子層 影響泡沫穩(wěn)定性的因素還有界面膜的彈性。表面黏度無疑是生成穩(wěn)定泡沫的重要條件，但也不是惟一的。表面黏度并非越高越好，還需考慮膜的彈性。