表面活性劑的泡沫性能包括起泡性和泡沫穩定性｡泡沫是以氣體為非連續相,液體為連續相的分散體系｡表面活性劑溶液在受到攪動等作用使氣體混入其中時會產生大量的泡沫｡泡沫與許多重要的實際應用有關｡在一些情況下要求形成穩定的泡沫,例如消防上的泡沫滅火,石油開采的泡沫驅油,礦業的泡沫浮選,化學工業的泡沫塑料生產等｡有時又希望不起泡,例如在許多工業部門中都占重要地位的乳劑生產和涂布成膜工藝中,表面活性劑被用作潤濕劑､鋪展劑､分散劑､乳化劑等,起泡會嚴重影響產品質量或降低設備利用率｡所以,研究表面活性劑的泡沫性能具有很大的理論價值和應用價值｡

PEP型嵌段共聚醚是自行合成的一種新型的非離子表面活性劑,它是以PEG+KOH為引發體系,加入少量冠醚,使PO開環聚合,接到PEG的兩端形成PEP型聚醚｡其結構是(PPO)-(PEO)-(PPO),親水劑在內,疏水基在外,其起泡性和泡沫穩定性較低,在不同系列的合成物質中,隨著分子量的增大,水溶性會減小,界面張力降低｡十二烷基苯磺酸鈉(DBS)､十二烷基硫酸鈉(SDS)是常見的陰離子型表面活性劑,他們都有較好的泡沫性能｡實際應用的表面活性劑溶液多是兩種以上表面活性劑和其它添加劑(例如電解質､極性有機物)等多種成分的復配體系,實踐證明,合適的復配體系性能遠較單一表面活性劑溶液優越｡對二元表面活性劑的復配規律研究較多,例如PEP復配體系的降低表面張力性能的研究｡本文以PEP型嵌段共聚醚,分別與十二烷基苯磺酸鈉(DBS)､十二烷基硫酸鈉(SDS)組成復配體系,討論其復配體系的起泡性和泡沫穩定性｡
1 實驗部分
1.1 試劑

PEP200:M=780,含PPO74.4%;PEP400:M=980,含PPO59.2%;PEP600:M=1180,PPO含量49.2%｡以上PEP皆本實驗室合成｡十二烷基苯磺酸鈉(DBS):化學純,上海試劑一廠;十二烷基硫酸鈉(SDS):進口分裝｡
1.2 儀器與方法

用羅氏泡沫儀測量被測溶液的泡沫性能,溫度(50±0.1)℃
2 結果與討論

由于實際中的起泡作用復雜多樣,它的影響因素多而且不易控制,迄今還沒有一個統一的普遍運用的檢測方法｡已有方法按成泡方式可分為兩大類,即氣流法和攪動法｡攪動法又可分為兩種,一種是用機械方法攪打試液使之起泡,另一種是以一部分試樣以固定的方式注入另一部分試樣中以形成泡沫,測定泡沫高度及其衰減速度來表征溶液的起泡性和穩泡性｡著名的Ross-Miles方法即是傾注法之一種｡本次實驗采用的是Ross-Miles方法｡

用起始泡沫高度h₀表征起泡性,用5min時的泡沫高度h₁占起始泡沫高度h₀的百分比表示穩泡性A｡即
  A=(h₁/h₀)×100%
2.1配比對起泡性的影響

固定總濃度為0.1%,改變配比研究其對起泡性的影響｡

由圖1､5可以看出,在PEP分別與DBS,SDS的復配體系中,隨著PEP所占比例的逐漸減少,起泡性逐漸增大,達到1∶1(DBS或SDS達50%)后,進一步減小PEP的比例,則曲線變化趨勢平緩｡其中PEP比例較大時在配比相同的情況下,PEP600所在的復配體系的起泡性比PEP400和PEP200所在的復配體系的起泡性大,這說明PEP600在復配體系中起泡作用上比PEP200和PEP400明顯,這可能與PEP的分子量及PEP分子中PPO的含量有關,PEP600具有較大的分子量及較低的PPO含量,這可能更有利于泡沫的形成｡另外在PEP比例較小時,即達穩定值以后,三條曲線相差不大,這是因為在這些溶液中,起泡性主要取決于離子型表面活性劑｡

2.2 配比對穩泡性的影響

固定總濃度為0.1%,改變配比研究其對穩泡性的影響｡

由圖2､6可以看出,在PEP分別與DBS,SDS的復配體系中,隨著PEP所占比例的逐漸減少,穩泡性逐漸增大,在配比為1∶1(DBS或SDS達50%)時趨于穩定｡

影響泡沫穩定性的因素很多也很復雜,主要有:

①表面張力及其自修復作用｡從能量角度考慮,降低液體表面張力,有利于泡沫的形成,而且在泡沫的液膜受到沖擊而局部變薄時,有使液膜厚度復原､使液膜強度恢復的作用,這種作用稱為表面張力的自修復作用｡此作用也是使泡沫具有良好穩定性的原因｡

②表面粘度｡決定泡沫穩定性的關鍵因素是液膜的強度,而液膜的強度主要取決于表面吸附膜的堅固性｡表面吸附膜的堅固性通常以表面粘度來衡量｡表面粘度越高,泡沫壽命越長｡表面粘度大,使液膜不易受破壞,這里有雙重因素,一是表面粘度大,使液膜表面強度增加;二是使鄰近液膜的排液受阻,延緩了液膜破裂時間,因而增加了泡沫的穩定性｡

③氣體的透過性｡氣體的透過性與表面吸附膜的緊密程度有關｡表面吸附分子排列越緊密,表面粘度越高,氣體透過性越差,則泡沫越穩定｡

④表面電荷｡如果泡沫液膜帶有相同的電荷,液膜的兩個表面將相互排斥｡因此,電荷有防止液膜變薄,增加泡沫穩定性的作用｡離子型表面活性劑作為起泡劑時,由于表面吸附的結果,表面活性劑離子將富集于表面,形成帶負電荷的表面層;反離子則分散于液膜溶液中,形成液膜雙電層｡當液膜變薄至一定程度時,兩個表面層的靜電斥力開始顯著作用,防止了液膜進一步變薄｡

在本文的復配體系中,PEP為親水基在中間,疏水基在兩端的非離子表面活性劑,其起泡性､穩泡性均較低,而離子型表面活性劑則有較高的起泡性和泡沫穩定性,從實驗結果來看,兩者并無協同效應,離子表面活性劑DBS､SDS是影響泡沫穩定性的主要因素｡可以認為,隨著離子型表面活性劑濃度增加,其表面吸附分子排列的緊密和牢固程度增加,使表面粘度､表面電荷增加,表面膜的強度增加,氣體的透過下降,同時,表面張力下降,表面膜自修復作用增加,這些都使泡沫穩定性增加｡

2.3 濃度對起泡性的影響

　　固定PEP與DBS､SDS的配比為1∶1,改變總濃度,研究其對起泡性的影響｡

由圖3､7可以看出,,隨著濃度的逐漸增大,復配體系的起泡性隨著增大,即使在CMC值以上,隨著濃度的進一步增大,起泡性也隨著增大｡這可能是因為雖然起泡性是表面活性劑的表面性能,與溶液表面飽和吸附區有關,但穩泡性卻與液相性質有關,實際上在起泡時就存在起泡與破泡的平衡｡在達到混合表面活性劑的臨界膠束濃度CMC值后,溶液中的膠束開始形成,使溶液的結構與性質改變,破泡速度下降,起始泡沫高度因而進一步增大｡

2.4 濃度對穩泡性的影響

　　固定PEP與DBS､SDS的配比為1∶1,改變總濃度,研究其對穩泡性的影響｡

由圖4､8可以看出,隨著濃度的逐漸增大,復配體系的穩泡性也隨著增大,純的DBS,SDS的穩泡性也隨著濃度的增大而增大,在0.03%時趨于穩定｡另外,在低濃度時,復配體系的穩泡性明顯比純的離子型表面活性劑的穩泡性大,而在高濃度時則純的離子型表面活性劑的穩泡性稍大或趨于一致,濃度-起泡性關系也有類似情況,這可能與表面活性劑的結構有關,PEP的分子量較大,且親水基在中間,疏水基在兩端,在泡沫表面上平鋪,這樣在低濃度時,相對離子型表面活性劑更易形成穩定泡沫｡而在高濃度時,純的離子型表面活性劑更易形成緊密排列的雙分層膜,所以,有更高的穩泡性｡

3 結論

①在總濃度為0.1%的各復配體系中,隨著PEP所占比例的逐漸減少,起泡性和穩泡性均逐漸增大,在配比為1∶1后,再減少PEP比例,起泡性和穩泡性均趨于穩定｡

②配比為1∶1的PEP-DBS､PEP-SDS復配體系中,隨著總濃度的增大,復配體系的起泡性隨著增大｡

③配比為1∶1的PEP-DBS､PEP-SDS復配體系中,隨著總濃度的增大,復配體系的穩泡性也隨著增大｡與純的DBS､SDS的穩泡性曲線比較,低濃度時,復配體系的穩泡性大于純離子型表面活性劑,而高濃度時,則純離子型表面活性劑的穩泡性稍大于或等同于復配體系｡