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消泡劑必須是不溶于起泡介質的物質,它能以液滴、或包裹固體質點的液滴、或固體質點的形式被分散到起泡的介質中。消泡劑比起泡介質有更低的表面張力,能自發(fā)地進入液膜而使氣泡破裂。
消泡劑易于在溶液表面鋪展,自動在泡沫表面展開,會帶走鄰近表面的一層溶液,使液膜局部變薄,達到臨界厚度,液膜破裂,泡沫破壞。消泡劑在溶液表面鋪展越快,則使液膜變的越薄,泡沫破壞速度加快,消泡作用加強。因此,消泡的原因一方面在于易于鋪展,吸附的消泡劑分子取代了起泡劑分子,形成了強度較差的膜。同時在鋪展過程中帶走鄰近表面層的部分溶液,使泡沫液膜變薄,降低了泡沫的穩(wěn)定性,使之易于破壞。
一種的消泡劑必須同時兼顧消、抑泡作用,即不但應該迅速使泡沫破壞,而且能在相當長的時間內防止泡沫生成。發(fā)生此種情況的原因,可能與溶液中起泡劑(表面活性劑)的臨界膠束濃度是否超過有關。在超過的溶液中,消泡劑(一般為有機液體)有可能被增溶,以致于失去在表面鋪展的作用,消泡效力大減。經過一段時間后,隨著消泡劑被逐步增溶,消泡效果相應減弱。
能起泡的介質有如表面活性劑,在氣泡表面吸附著定向排列的一層表面活性劑分子,當其達到一定濃度時,氣泡壁就形成了一層堅固的薄膜。表面活性劑吸附在氣液界面上,造成液面表面張力下降,從而增加了氣液接觸面,這樣氣泡就不易合并。氣泡的相對密度比液體本身小得多,當上升的氣泡透過液面時,又把液面上的一層表面活性劑分子吸附上去。因此,暴露在空氣中的吸附有表面活性劑的氣泡膜和溶液里的氣泡膜不一樣,它包有兩層表面活性劑分子,形成雙分子膜,被吸附的表面活性劑對液膜具有保護作用。消泡劑就是要破壞和抑制此薄膜的形成,消泡劑進入泡沫的雙分子定向膜,破壞定向膜的力學平衡而達到破泡作用。
化學角度泡沫的方法主要包括化學反應法和添加消泡劑的方法。化學反應法是指通過加入一些試劑使其與起泡劑發(fā)生化學反應,生成不溶于水的物質,從而降低了液膜中表面活性劑的濃度,促使泡沫的破裂,但是這種方法存在發(fā)泡劑成分不確定、產生難溶性物質對體系設備產生危害等缺點。現如今各行各業(yè)應用廣泛的消泡方法是加入消泡劑的方法,這種方法的優(yōu)點在于破泡效率高、使用方便等優(yōu)點,但是尋找合適的消泡劑是關鍵。[4]
(1)應用面廣:由于硅油特殊的化學結構,既不與水或含極性基團的物質相溶,也不與烴類或含烴基的有機物相溶。由于硅油對各類物質的不溶性,因而應用面廣,既使用水體系消泡,又可在油體系中使用。
(2)表面張力小:硅油的表面能力一般為20-21達因/厘米,比水(72達因/厘米)及一般起泡液的表面張力都小,消泡效能好。
(3)熱穩(wěn)定性好:以常用的二甲基硅油為例,它長時間可耐150℃,短時間可耐300℃以上,其Si-O鍵不分解。就確保了有機硅消泡劑可在廣闊的溫度范圍內使用。
(4)化學穩(wěn)定性好:由于Si-O鍵比較穩(wěn)定,所以硅油的化學穩(wěn)定性很高,很難與其它物質發(fā)生化學反應。因此,只要配制合理,有機硅消泡劑允許在含酸、堿、鹽的體系中使用。
(5)生理惰性:硅油已被證明對人畜沒有毒性,其半致死劑量大于34克/公斤。所以有機硅消泡劑(在適宜乳化劑等搭配下)可地用于食品、醫(yī)療、醫(yī)藥及等工業(yè)上。
(6)消泡力強:有機硅消泡劑不僅能有效地破除已經生成的泡沫,而且可以顯著地抑制泡沫,防止泡沫的生成。它的使用量很少,只要加入起泡介質重量的百萬分之一(1ppm),即能產生消泡效果。其常用范圍是1至100ppm。不但成本低,而且不污染被消泡的物質。
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