為了搞清楚消泡劑在發(fā)泡介質(zhì)中如何發(fā)揮作用,也為了更加合理、有效地使用消泡劑,我們就要熟悉它的作用機(jī)理及一般性質(zhì)。

      當(dāng)發(fā)泡體系劇烈發(fā)泡時(shí),加消泡劑后,泡沫立即消滅。實(shí)際上消泡劑的作用是抵消助泡物質(zhì)的穩(wěn)泡作用。泡沫本來是極不穩(wěn)定的,如純凈的水在攪拌之下,也會(huì)形成泡沫,但是一旦停止攪拌,泡沫馬上消除。如果在水中添加了助泡物質(zhì),由于助泡物的穩(wěn)泡作用,才難以使泡沫破滅。所以即使是會(huì)起泡的純凈表面活性劑,因?yàn)闆]有助泡物,也不會(huì)形成穩(wěn)定的泡沫。下面對(duì)消泡劑的消泡機(jī)理作介紹。

      1941年,曾有人提出擴(kuò)展系數(shù)S的概念,即:S=γm - γint -γa --- 式(1)

式(1)中:γm-起泡介質(zhì)的表面張力N/m; γint-消泡劑與起泡介質(zhì)的表面張力N/m; γa -消泡劑的表面張力N/m。

      擴(kuò)展系數(shù)S若為正值,則消泡劑能夠在泡膜的表面擴(kuò)散,若為負(fù)值則難以擴(kuò)散。也就是說S值越大則消泡劑越易

      在泡膜上擴(kuò)散。從式(1)可見消泡劑的表面張力越小,則S 值越大,越易在泡膜表面擴(kuò)散,消泡效果也越好。1948 年,又有人提出浸入系數(shù)E的概念,即E=γm + γint -γa - 式(2)

      同樣的道理以浸入系數(shù)E 值的正負(fù),來判斷消泡劑是否能進(jìn)入泡膜表面。也是消泡劑的表面張力越小越好。注意式(1)和式(2)是不同的, γint 前的符號(hào)不同,式(1)是負(fù),式(2)正。美國膠體化學(xué)家羅斯,對(duì)添加各種表面活性劑的起泡體系進(jìn)行試驗(yàn)和觀察,尋找消泡劑在起泡液中溶解性與消泡效力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在前人試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,他提出了一種假說:在溶液中,溶解狀態(tài)的溶質(zhì)是穩(wěn)泡劑;不溶解狀態(tài)的溶質(zhì),當(dāng)式(1)、(2)中的擴(kuò)展系數(shù)和浸入系數(shù)均為正值時(shí),即是消泡劑。不溶解的溶質(zhì),才能聚集為分子團(tuán)。

    消泡劑的分子團(tuán)小滴一接觸泡膜,因?yàn)镾<0 E<0 s="">0 E>0 E>0先浸入;S>0則在泡膜上擴(kuò)展;接著泡膜局部變薄而斷裂.從而導(dǎo)致氣泡合并或破滅。而當(dāng)浸入系數(shù)S 和擴(kuò)展系數(shù)E均為負(fù)值時(shí),小滴既不浸入也不擴(kuò)展;當(dāng)浸入系數(shù)E為正值,擴(kuò)展系數(shù)S為負(fù)值時(shí),小滴浸入呈棱鏡狀,可浸入,但不擴(kuò)展;只有二者均為正值時(shí),才可能是消泡劑。

    S<0 e="">0 該假說給消泡劑的作用機(jī)理奠定了基礎(chǔ),很快得到了流傳和廣泛擴(kuò)展應(yīng)用。但是日本的專家佐佐木恒孝指出:羅斯假說不夠全面。因?yàn)橄葑饔冒ㄒ峙莺推婆輧煞N類型。而消泡劑小滴推開泡膜面的表面活性斷裂劑、置換成不穩(wěn)定膜時(shí),未必像羅斯所說的那樣完全推開泡膜而嵌入。因此人們認(rèn)為還存在著多種消泡機(jī)理。雖然大多數(shù)消泡劑是不溶解的,可溶性添加劑擴(kuò)展系數(shù)、浸入系數(shù)與消泡效果的關(guān)系大多數(shù)沒有消泡作用。但是,確實(shí)有一部分消泡作用是在溶解狀態(tài)下下進(jìn)行的。也就是說,消泡劑也并非是絕對(duì)不溶性的物質(zhì)。

1) 可使泡沫局部表面張力降低而導(dǎo)致氣泡破滅。

    有人在油體系中研究了聚硅氧烷的消泡過程,他們對(duì)泡沫體系以1/1000秒的速度連續(xù)拍照,照片放大100倍,連續(xù)拍攝的4幅照片的示意圖可見,硅油消泡劑小滴到達(dá)泡膜上,使泡膜表面破裂并合并成大泡，從1~3,泡沫由4個(gè)合并成1個(gè)大泡,泡膜變薄。最后氣液迅速分離,大泡消滅,到4則破泡結(jié)束。這也從客觀上解釋了,為什么一滴消泡劑下去,一連串氣泡破滅的原因。

  當(dāng)消泡劑附著到泡膜上即浸入泡膜液,會(huì)顯著降低該處的表面張力。因?yàn)樵谒w系中,消泡劑的活性成分對(duì)水的溶解度較小,表面張力的降低僅限于泡膜的局部,而泡膜周圍的表面張力幾乎沒有發(fā)生變化。表面張力降低的部分,被強(qiáng)烈地向四周牽引、延展,最后導(dǎo)致泡沫破裂。

2) 消泡劑能破壞膜的彈性導(dǎo)致氣泡破滅

    由于泡膜表面吸附表面活性劑,使表面張力降低。所以在受到局部壓力,泡膜在該處局部變薄的同時(shí),該處會(huì)因表面活性劑變稀薄而導(dǎo)致表面張力升高。正是因?yàn)樾律谋砻媾c原來的表面之間有了表面張力之差,使得泡膜受外界沖擊變薄時(shí),產(chǎn)生了彈性恢復(fù)力,泡膜才得以不破,起到了穩(wěn)泡的作用。如果我們設(shè)法破壞這種彈性,就能破壞泡沫的穩(wěn)定性。有專家認(rèn)為:消泡劑的作用就是破壞泡膜的彈性。當(dāng)消泡劑添加到泡沫體系中,會(huì)向氣液界面擴(kuò)散,使具有穩(wěn)泡作用的表面活性劑難以發(fā)生恢復(fù)膜彈性的能力。

3) 消泡劑能促使液膜排液導(dǎo)致氣泡破滅

    添加加速泡膜排液的物質(zhì)(消泡劑),可以消泡。如果泡膜厚,排液到30~40nm的歷程就長,而且,泡膜的自愈效應(yīng)較強(qiáng),泡膜彈性好,所以泡膜厚的泡沫壽命就長,泡膜排液速率可以反映泡沫的穩(wěn)定性。液膜排液速率快,使液膜變薄,薄到一定的程度泡沫就破滅了。

  4) 疏水固體顆粒消泡劑的作用機(jī)理

    在起泡的水體系中,單獨(dú)添加疏水二氧化硅(即疏水白炭黑)顆粒,即有消泡作用。疏水的白炭黑顆粒在氣泡表面會(huì)吸引表面活性劑的疏水端,疏水顆粒變?yōu)橛H水顆粒而進(jìn)入水相,完成了消泡作用。疏水二氧化硅的固體顆粒一般是用甲基硅油、硅氮烷或DMC處理的白炭黑顆粒,它在氣泡表面局部浸入,使氣泡局部的表面張力變小,再加上固體顆粒的作用,像針尖插入氣泡,加速氣泡的破滅。所以一般含有疏水白炭黑的消泡劑的破泡效果要好一些。

① 擴(kuò)展作用產(chǎn)生的沖擊

    泡膜受到一定程度的沖擊,即會(huì)破裂。加入的消泡劑在泡膜上產(chǎn)生的沖擊,也可以使泡膜破裂。

② 使助泡表面活性劑被增溶

    某些能與溶液充分混合的低分子物質(zhì)可以使助泡表面活性劑被增溶,使其有效濃度降低。常常發(fā)現(xiàn),表面活性劑在混合溶劑中比在純?nèi)軇┲斜砻婊钚缘汀Ｓ羞@種作用的低分子物,如辛醇。它不僅減少了表面層的表面活性劑,而且還會(huì)溶入表面活性劑吸附層,降低其密合程度。通過以上兩方面的作用,減弱了泡沫穩(wěn)定性。這就是可溶性消泡劑乙醇、丙醇、辛醇等的一種作用機(jī)理。為了有利于消泡往往在有機(jī)硅消泡劑配方中加入適當(dāng)醇類,也起到一定的輔助消泡作用。

  ③ 電解質(zhì)瓦解表面活性劑雙電層

    對(duì)于借助泡的表面活性劑雙電層互斥產(chǎn)生穩(wěn)泡性的起泡液,加入一些普通的電解質(zhì),加入一些普通的電解質(zhì),即可瓦解表面活性劑的雙電層,而起到消泡作用。