本文是有機硅消泡劑廠家和你分析消泡劑的復合與消泡機理探討。

本文綜述了泡沫的形成條件及構成泡沫穩定存在的因素：液膜彈性、表面粘度、溶液粘度、電雙層斥力和熵雙層斥力、氣泡間氣體的擴散；從消泡劑的進入系數和鋪展系數以及憎水顆粒的去潤濕作用，論述了消泡機理，闡述了復合消泡劑的概念及應用。關鍵詞：消泡機理；復合消泡劑 1.前言在食品加工、發酵工業、工業洗滌、水及廢水處理等領域常常遇到不希望出現的泡沫問題。在制糖加工過程中也不例外，在制糖過程的滲出、清凈、煮糖等工序不同程度地遇到了泡沫帶來的麻煩。消泡劑在制糖工業的應用已有較長歷史，甜菜制糖剛剛興起時，人們就用豆油作為消泡劑，隨著化學工業的進步，蔗糖酯、多元醇聚醚、乳化硅油等作為消泡劑應用于制糖及發酵工業。本文從泡沫的穩定性、消泡劑的進入系數、鋪展系數、憎水顆粒的去潤濕機理出發綜述了有關消泡機理的理論，以期提高消泡劑的復合配方設計水平。2.泡沫的形成及穩定2.1泡沫的形成泡沫是氣體被液體隔開的分散體系，氣相是分散相，液相是分散介質，氣泡間吸附著表面活性劑的氣液界面和界面間的液體構成了泡沫的液膜。泡沫本身是熱力學不穩定體系。單一組份的液體不能形成穩定的泡沫，如果液體中含有一種或幾種具有起泡和穩泡作用的表面活性劑，則能產生能持續存在數十分鐘乃至數小時的泡沫。從熱力學Gibbs方程可知：dF(T，P)=ΥdA+∑μidni其中：F(T，P)為恒溫恒壓下體系的自由能；Υ為體系的表面張力；A為體系中液體的表面積；μ為組份i的化學位ｎ為組份i的摩爾數。表面活性劑的存在降低了體系的表面張力，使泡沫形成過程中由表面積增加引起的自由能增值變小，有利于泡沫的形成；另一方面，表面張力的降低減小了液膜中的Platcau交界處與其他部位之間的壓力差，延緩了由此引起的液膜內流本的排液速度，對泡沫的穩定有利。因此，雖然泡沫本身是熱力學不穩定體系，但表面活性物質的存在造成了泡沫相對穩定存在的一些因素，即表面或液膜的彈性(GibbsMarangoni效應)，表面粘度，溶液粘度，電雙層斥力和熵雙層斥力，氣泡間的氣體擴散。其中表面彈性和表面粘度為泡沫穩定存在的主要因素。2.2液膜的彈性當吸附有表面活性劑的液膜受到外力沖擊時，膜的局部會變薄，變薄處表面積增大，表面吸附活性分子的密度較前下降，表面張力增加，引起鄰近處的表面活性分子同溶液一起向變薄處遷移，使變薄的液膜得到恢復。液膜具有變薄后恢復厚度的能力，就好像膜具有一定的彈性，液膜的這種性質稱為液膜彈性，也叫自身修復作用。液膜變薄處還可以從本體溶液中吸附表面活性劑以得到平衡。如果表面活性劑分子從溶液中吸附的速度較從鄰近處遷移的速度快，則變薄的液膜的表面張力和吸咐分子密度可恢復，但不能再變厚(無溶劑隨同遷移)，因此得不到穩定。R0sen根據Gibbs的觀點，用數學式描述液膜的彈性：E=4Γ2RT／hbc即液膜的彈性模量E與吸附于液膜表面的溶質過剩濃度Γ的平方成正比，與液膜的厚度hb和本體溶液的濃度c成反比。這一公式成功地解釋了液膜表面的溶質吸附密度對液膜彈性的突出貢獻。2.3表面粘度及溶液粘度表面粘度取決于吸附于氣液界面的溶質分子間的相互作用力。作用力大則膜的表面粘度高，膜強度也高，泡沫壁上的液體遷移困難，泡沫的穩定性高。有些極性有機物如高級脂肪醇加入泡沫體系中，能與表面活性劑產生強烈的作用，形成的液膜具有很高的表面粘度。有些陽離子型表面活性劑和陰離子型表面活性劑構成的混合液膜，如 C8H17N(C3)3Br—C8H17SO4Na(1：1)混合液膜，由于正、負電荷間的強烈庫侖引力，也表現出極大的表面強度。蛋白質分子或聚醚類表面活性劑由于鄰近分子間的氫鍵作用，形成準聚合物網狀結構，所形成的液膜表面粘度也很高。如果在液膜上吸附的表面活性劑能形成液晶結構，則不僅液膜表面粘度高，而且由于內部蓄積的表面活性劑能不斷地調節泡液膜內的表面活性劑濃度，使其保持最適當的量，產生的泡沫有很高的穩定性。但是過高的表面粘度又將延緩變薄層的自身修復，使液膜變脆，液膜彈性下降。溶液粘度大，一方面可增加液膜的表面粘度，另一方面使液膜內的液體不易排出，延緩壓力差和重力引起的液膜內液體的遷移，阻止膜的變薄，延緩液膜的破裂。不過溶液粘度僅為輔助因素，若沒有表面膜形成，即使液體粘度很高，也不能形成穩定的泡沫。2.4電雙層斥力和熵雙層斥力在由離子型表面活性劑構成的泡沫體系中，隨著液膜內液體的排出，帶同性電荷的兩個氣液界面的距離越來越近，至一定程度(
表面張力的作用在液膜表面擴展成膜的過程，稱為消泡劑在液膜上的鋪展。鋪展過程中體系自由能的減小稱為消泡劑在液膜上的鋪展系數s。消泡劑的進入是指其液滴穿過 泡沫的氣液界面進入液膜內的過程，該過程中體系自由能的減小稱為消泡劑的進入系數E。它們可由如下數學表達式表示：E=ΥF+ΥFD-ΥDS=ΥF-ΥFD-ΥD其中：ΥF為泡沫介質的表面張力；ΥFD為消泡劑和泡沫介質的界面張力；ΥD 。為消泡劑的表面張力。鋪展系數和進入系數為正值，表示消泡劑進入液膜和在液膜表面鋪展是熱力學自發過程。因此，作為消泡劑的化學試劑應具有低于泡沫介質的表 面張力和較低的界面張力。正的進入系數還意味著泡沫介質不能在消泡劑液滴表面鋪展。這是因為泡沫介質在消泡劑表面的鋪展系數：SΥF(D)=ΥD-ΥFD-ΥF將方程進行變換得：SF(D)=-(ΥFD+ΥF-ΥD)此公式的右邊正好是消泡劑的進入系數。硅油由于表面張力低(常溫下約21mN/m)，分子間作用力小，形成的液膜表面粘度低，無電雙層斥力，分子鏈親水性小，空間位阻小(熵斥力小)，形 成的液膜滲透性好，因此是理想的消泡劑。但是它與水有很高的界面張力，而與油體系的界面張力很低，因此更適合于作非水體系的消泡劑。近些年來 各國學者積極開發的水分散性硅油消泡劑，是在聚二甲基硅氧烷分子鏈上接枝親水性的聚醚分子鏈得到的產物，與普通硅油相比，它與水介質的界面 張力低，鋪展系數高，消泡性能提高許多倍。消泡劑在泡沫體系中的不溶解性很重要。如果低表面張力的消泡劑進入液膜后被液膜內的液體所溶解，它將起穩泡作用。當泡沫體系中表面活 性劑的濃度超過cMc后，消泡劑有可能被加溶，以致失去在表面鋪展的作用，消泡效率大減。只有當表面鋪展速度大于加溶速度時，消泡劑才能表現出 較好的消泡效果，但隨著時間的延長，消泡劑逐漸被加溶，消泡效果相應減弱。值得提出的是，憎水顆粒如憎水硅石和聚四氟乙烯可以大大提高消泡劑在水泡沫體系中的消泡能力。這可能是由于加入憎水顆粒后出現了兩種 消泡途徑：吸附和去潤濕。根據吸附機理，憎水顆粒進入氣液界面后，顆粒表面吸附了泡沫體系的表面活性劑，使液膜局部的表面活性劑被消耗，產生 了不穩定性，最終導致液膜的破裂。該機理成功地解釋了某些憎水顆粒的消泡效率隨時間的延長而消失，含siO2顆粒的乳化硅油不具有長效性消泡 效果的現象。如果吸附機理起作用，則要求顆粒單位比表面的吸附能力越大越好，顆粒憎水性的大小則影響不大。在去潤濕機理中，落于氣液界面上的憎水顆粒使泡沫溶液自發地從顆粒兩側移走，在液膜中造成一個斷裂孔，引發了液膜的破裂。憎水顆粒在去潤 濕過程中不吸附泡沫體系的表面活性劑，在一瓣液膜上去潤濕后不失效，能進入鄰近液膜繼續去潤濕。從去潤濕機理可知：憎水顆粒的憎水性很重要，顆粒直徑應與液膜厚度同數量級并稍大；表面 活性劑溶液與憎水顆粒的接觸應大于某一臨界(取決于顆粒的形狀和接觸方向，顆粒越不規則越有利于去潤濕作用的發生)；憎水顆粒的表面應是流線 形的，以便在去潤濕時與表面活性劑溶液的接觸面能很快地在整個表面上伸展開來。總之，作為消泡劑的化學試劑必須符合如下條件：表面張力低于泡沫介質；不溶于泡沫介質；能自發進入氣液界面并迅速鋪展于液膜表面，并且具有 化學惰性，對產品和設備無不利影響；成本合理，供貨穩定；毒性小，不會造成環境污染，符合所應用領域的各種規定。4.消泡劑的復合所謂復合消泡劑就是根據消泡作用機理把幾種具有消泡作用的并有協同效果的物質有機地結合在一起的消泡劑。復合消泡劑不應該是幾種具有消泡作用的物質的簡單集合，而應該是在某一特定體系中綜合提高消泡效能的產品。復合消泡劑的研制，一方面可提高消泡劑的消泡效果，拓展其應用領域，如制糖助劑一10#經復合后可有效地應用于發酵及某些食品加工工業。 又如植物油在含酯類物質的含水系統中有可能被加溶，以致失去在表面鋪展的作用，使消泡效率大減。若加入少量含硅聚醚物質，可使植物油的表面 鋪展速度大大加強，從而提高消泡效果。復合消泡劑的使用可提高消泡劑使用的效價比，一般情況下，效果好的消泡劑，加工成本高，售價也高，如cD一544每公斤近100元人民幣，而像 植物油之類每公斤僅售6元，但效果差很多很多。實際上，優良的復合消泡劑絕不是簡單的1+1或者1+2、1+3產品，而是一個整體的綜合提高消泡、抑泡效果的佳品：1+1>2。 5.結論泡沫是熱力學不穩定體系，它的形成及穩定有其特定的機理和規律，泡沫是由多種因素形成的，依據消泡機理制備的多種物質組合的復合消泡劑 將在制糖、發酵及食品加工中發揮巨大作用。參考文獻： ［1］張榮，蔡葆.中國甜菜概論［<］3 呼和浩特：內蒙古科技出版社， *’’’3 ［*］鄧峰，蘇廷荃3 甜菜抗叢根病機理初步研究［A］3 中國甜菜，&==>M].呼和浩特.內蒙古科技出版社，2000.［2]侯興權.內蒙古甜菜新品種鑒定和推廣[J].中國甜菜糖業， 1993,(5):41-44.［3]齊德嶸.內蒙古甜菜病蟲害防治研究現狀和前景［J］.中國甜菜，1995,(1):35-38.［4]鄧峰，蘇廷荃.甜菜抗叢根病機理初步研究［J］.中國甜菜，1998,(1):6-10.

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