泡 沫 体 系 的 理 论 分 析 与 配 方 设 计 胡 致 远 胥 洞 菡 ( 复 旦 大 学 物 理 学 系 上 海 200433) 摘 要 : 本 实 验 分 析 泡 沫 产 生 与 存 在 的 基 本 原 理, 针 对 其 特 性 设 计 合 适 的 配 方, 仔 细 考 虑 了 起 泡 剂 与 稳 泡 剂 的 品 种 和 用 量, 观 察 实 际 效 果, 最 后 用 化 学 原 料 改 良, 取 得 了 良 好 的 结 果 关 键 词 : 泡 沫 起 泡 剂 稳 泡 剂 Theoretical Analysis and Formula Design of the Bubble System Zhiyuan Hu Donghan Xu (Department of Physics, Fudan University, Shanghai 200433) Abstract: This experiment analyzes the fundamental principles of bubble producing and existing, and design suitable formula according to its characters by taking into account the kinds and quantity of foaming agent and foam stabilizing agent. After watching the real effect, we can adopt chemicals to do the experiment again to achieve fine results. Key words: bubble foaming agent foam stabilizing agent 一 引 言 泡 沫 的 产 生 与 水 的 表 面 张 力 有 密 切 关 系 表 面 张 力 是 物 体 受 到 拉 力 作 用 时, 存 在 于 其 内 部 而 垂 直 于 两 相 邻 部 分 接 触 面 上 的 相 互 牵 引 力 纯 水 中, 水 面 水 分 子 间 的 吸 引 力 比 水 分 子 与 空 气 间 的 吸 引 力 强, 当 这 种 吸 引 力 差 距 过 大 时, 水 分 子 之 间 过 度 黏 合 在 一 起, 泡 沫 不 易 形 成, 相 反 地, 容 易 形 成 水 滴 仅 靠 纯 液 体 要 形 成 稳 定 的 泡 沫 是 很 困 难 的, 通 常 需 加 入 一 些 表 面 活 性 物 质, 降 低 水 的 表 面 张 力, 才 能 形 成 泡 沫 这 些 具 有 较 好 起 泡 性 能 的 物 质 称 为 起 泡 剂 烷 基 硫 酸 钠 和 烷 基 苯 磺 酸 钠 都 是 很 常 用 的 起 泡 剂 有 时 还 需 要 加 入 稳 泡 剂 使 已 形 成 的 泡 沫 更 加 稳 定, 如 月 桂 酰 二 乙 醇 胺 1 / 10
从 实 用 角 度 来 看, 泡 沫 在 采 油 中 的 研 究 已 有 三 十 多 年 历 史, 且 早 已 获 得 了 应 用, 取 得 了 一 定 的 成 效 其 中, 起 泡 剂 所 起 的 作 用 引 人 瞩 目, 虽 然 其 使 用 量 存 在 一 个 最 佳 值, 但 在 恶 劣 条 件 下, 通 过 适 当 提 高 起 泡 剂 的 使 用 量 可 以 得 到 较 好 的 泡 沫 性 能 [1] 经 过 一 系 列 的 大 量 实 验, 目 前 已 经 筛 选 出 了 良 好 的 起 泡 剂 与 稳 泡 剂, 显 著 提 高 了 泡 沫 体 系 的 稳 定 性 [2] 本 文 所 研 究 的 是 单 个 泡 沫, 将 配 方 来 源 分 为 生 活 用 品 与 化 工 原 料 两 个 部 分 进 行 探 索, 用 不 同 的 方 式 检 验 配 方 的 性 能, 获 得 了 不 错 的 效 果, 且 具 有 现 场 进 行 实 验 演 示 的 价 值 二 泡 沫 的 概 念 及 其 稳 定 性 2.1 泡 沫 的 概 念 泡 沫 是 气 体 和 液 体 混 合 而 成 的 多 孔 膜 状 分 散 体 系, 其 中 液 体 是 连 续 相, 气 体 是 分 散 相, 有 时 把 分 散 相 看 成 是 内 相, 把 连 续 相 看 成 是 外 相 为 了 确 定 这 种 混 合 体 系 中 相 的 状 态, 最 常 有 的 表 示 方 法 是 米 切 尔 法, 即 以 常 温 常 压 下 的 泡 沫 质 量 QF 来 描 述, 表 示 为 泡 沫 中 气 体 体 积 与 泡 沫 总 体 积 之 比 当 QF=0~0.54 时, 混 合 体 系 为 牛 顿 液 体, 即 任 一 点 上 的 剪 应 力 都 同 剪 切 变 形 速 率 呈 线 性 函 数 关 系 ; 当 QF=0.54~0.96 时 为 泡 沫 ( 其 中 QF=0.7~0.96 时 为 稳 定 泡 沫 ), 表 示 为 宾 汉 塑 性 流 体, 其 剪 应 力 与 速 度 梯 度 仍 成 线 性 关 系, 但 必 须 大 于 一 定 的 值 ;QF>0.96 时, 泡 沫 变 成 雾 纯 液 体 很 难 发 起 泡 沫 来, 原 因 是 表 面 张 力 不 够 小 气 体 在 溶 液 中 鼓 气 而 形 成 泡 沫 满 足 公 式 : 3 R r g 3 / (2 ) (1) 其 中,R 为 泡 沫 临 界 半 径, 为 气 液 密 度 差, 为 表 面 张 力 系 数,r 为 毛 细 管 口 半 径,g 为 重 力 加 速 度 由 式 (1) 可 知 : 形 成 的 泡 沫 大 小 与 表 面 张 力 系 数 成 正 比 表 面 张 力 越 低, 对 泡 沫 半 径 的 要 求 越 小, 泡 沫 越 容 易 产 生, 其 稳 定 性 越 好 [4] 能 形 成 稳 定 泡 沫 的 液 体 必 须 有 两 个 以 上 的 组 分 表 面 活 性 剂 水 溶 液 就 是 典 型 的 易 产 生 泡 沫 的 体 系 因 为 泡 沫 的 表 面 是 一 种 双 层 膜 结 构 表 面 活 性 剂 分 子 移 动 到 两 层 膜 上, 亲 水 端 待 在 水 中, 疏 水 端 与 空 气 接 触 液 体 在 两 层 膜 之 间 流 动 在 2 / 10
工 业 技 术 中, 由 于 生 产 要 求, 起 泡 剂 体 系 通 常 由 起 泡 剂 稳 泡 剂 以 及 助 剂 等 组 成 从 根 本 上 说, 泡 沫 是 一 种 热 力 学 不 稳 定 体 系, 只 能 够 通 过 某 些 措 施 来 延 长 其 寿 命 这 样 就 必 须 了 解 泡 沫 的 破 裂 机 制 和 影 响 其 稳 定 性 的 因 素 2.2 泡 沫 的 破 裂 机 制 泡 沫 破 裂 的 直 接 原 因 在 于 双 层 膜 结 构 被 破 坏 正 常 情 况 下, 液 体 因 为 重 力 作 用 而 向 下 流 动, 双 层 膜 变 得 上 薄 下 厚, 一 般 所 见 的 薄 膜 干 涉 即 因 此 产 生 到 了 一 定 程 度 时, 顶 层 的 膜 结 构 撕 开, 最 终 造 成 整 个 泡 沫 的 破 裂 而 在 受 到 外 力 干 扰 时, 膜 也 会 破 裂 其 过 程 如 图 一 所 示 (a) (b) (c) 图 一 图 (a) 中, 用 手 撕 裂 膜 结 构, 从 手 那 一 点 开 始, 泡 沫 逐 渐 破 裂 ; 图 (b)(c) 所 示 的 是 正 常 的 泡 沫 中, 水 因 为 重 力 作 用 聚 集 在 底 部, 达 到 一 定 程 度 后, 泡 沫 顶 部 的 膜 结 构 强 度 不 够, 从 顶 部 开 始 逐 渐 破 裂 以 上 因 为 重 力 因 素 导 致 泡 沫 破 裂 的 情 景 常 见 于 膜 较 厚 的 情 况 在 一 个 泡 沫 体 系 中, 泡 沫 之 间 的 气 液 流 动 而 导 致 的 破 裂 更 为 常 见 2.3 影 响 泡 沫 稳 定 性 的 因 素 对 于 本 实 验 所 研 究 的 单 个 泡 沫 来 说, 知 道 了 泡 沫 破 裂 机 制 之 后, 可 以 知 道 泡 沫 的 稳 定 性 取 决 于 两 点 : 膜 的 变 薄 过 程 和 破 裂 过 程, 分 别 对 应 膜 之 间 水 的 流 动 速 度 与 膜 的 机 械 强 度 以 下 从 不 同 角 度 分 析 影 响 这 两 个 进 程 的 因 素 3 / 10
2.3.1 配 方 的 影 响 起 泡 剂 和 稳 泡 剂 的 类 型 和 浓 度 都 会 影 响 泡 沫 的 稳 定 性 对 于 起 泡 剂, 一 般 来 说 以 阴 离 子 表 面 活 性 剂 为 佳 当 表 面 活 性 剂 的 浓 度 增 大 时, 泡 沫 稳 定 性 增 大, 在 达 到 极 大 值 后 开 始 下 降 良 好 的 起 泡 剂 或 稳 定 剂 在 吸 附 层 内 必 须 有 较 强 的 相 互 作 用, 同 时 亲 水 端 要 有 较 强 的 水 化 能 力 前 者 使 膜 有 较 高 的 机 械 强 度, 后 者 可 提 高 液 膜 的 表 面 粘 度, 降 低 流 速 2.3.2 泡 沫 自 身 的 性 质 2.3.2.1 表 面 张 力 系 数 随 着 泡 沫 的 生 成, 液 体 表 面 积 增 大, 表 面 能 增 高 根 据 Gibbs 原 理, 体 系 总 是 趋 向 于 较 低 的 表 面 能 状 态 而 低 表 面 张 力 可 使 泡 沫 体 系 能 量 降 低, 有 利 于 泡 沫 的 稳 定 同 时, 低 的 表 面 张 力 也 是 泡 沫 能 够 形 成 的 主 因 2.3.2.2 表 面 粘 度 表 面 粘 度 指 气 液 界 面 上 由 于 膜 的 存 在 而 引 起 表 面 层 粘 度 的 变 化 表 面 粘 度 与 泡 沫 的 稳 定 性 密 切 相 关, 表 面 粘 度 越 大, 膜 的 粘 度 越 大, 膜 之 间 的 溶 液 流 速 越 小, 膜 变 薄 的 速 度 变 慢, 泡 沫 的 寿 命 也 会 更 长 [3] 2.3.2.3 溶 液 粘 度 溶 液 粘 度 的 增 加, 既 使 泡 沫 内 液 体 不 易 流 失, 液 膜 变 薄 的 速 度 变 缓, 又 可 以 使 气 体 在 液 膜 中 的 溶 解 度 降 低, 从 而 使 稳 定 性 增 加 但 溶 液 粘 度 仅 为 辅 助 因 素, 若 不 形 成 表 面 膜, 溶 液 粘 度 再 大, 也 不 能 形 成 稳 定 泡 沫 因 此, 若 体 系 中 既 有 增 高 溶 液 粘 度 的 物 质, 又 有 增 高 表 面 粘 度 的 物 质 时, 泡 沫 的 稳 定 性 可 大 大 提 高 2.3.2.4 膜 的 机 械 强 度 水 与 表 面 活 性 剂 均 属 于 小 分 子, 形 成 的 膜 结 构 的 稳 定 性 很 有 限. 为 了 弥 补 这 一 点, 可 以 使 用 一 些 也 具 有 亲 水 端 与 疏 水 端 的 大 分 子, 如 蛋 白 质, 来 加 强 膜 结 构 的 强 度 但 这 必 须 与 表 面 活 性 剂 配 合 使 用, 因 为 蛋 白 质 大 分 子 从 水 中 移 至 表 面 膜 上 的 速 度 比 较 慢, 需 要 先 产 生 泡 沫 2.3.2.5Gibbs 表 面 弹 性 和 Marangoni 效 应 泡 沫 的 表 面 膜 变 薄 时, 有 两 种 机 制 促 使 其 复 原 一 种 是 Gibbs 表 面 弹 性, 膜 变 薄 伴 随 着 表 面 积 增 大, 造 成 表 面 张 力 上 升, 由 此 形 成 的 表 面 张 力 梯 度 会 使 膜 有 4 / 10
收 缩 趋 势 另 一 种 是 Marangoni 效 应, 梯 度 作 用 下, 表 面 活 性 剂 沿 着 界 面 从 低 表 面 张 力 区 向 高 表 面 张 力 区 移 动, 使 局 部 变 薄 的 膜 恢 复 均 匀 [5] 2.3.3 外 界 因 素 2.3.3.1 压 力 不 同 压 力 下, 泡 沫 的 稳 定 性 不 同 压 力 越 大, 泡 沫 越 稳 定 石 油 工 业 中, 地 层 条 件 下 的 高 压 力 就 有 利 于 泡 沫 的 稳 定 所 以 在 地 面 压 力 条 件 下 形 成 的 稳 定 泡 沫 在 地 层 条 件 下 将 会 更 加 稳 定 2.3.3.2 温 度 泡 沫 稳 定 性 随 温 度 增 高 而 下 降, 但 低 温 和 高 温 下 泡 沫 的 破 裂 机 制 有 所 不 同 低 温 下, 液 体 流 动 致 使 膜 达 到 一 定 厚 度 时, 就 呈 现 亚 稳 定 状 态, 其 根 本 原 因 是 气 体 扩 散 但 在 高 温 下, 因 为 最 上 面 的 膜 总 是 向 上 面 凸 的, 弯 曲 膜 对 蒸 发 作 用 很 敏 感, 温 度 越 高 蒸 发 越 快, 同 时 高 温 也 会 使 得 液 体 流 速 加 快, 在 膜 变 薄 到 一 定 厚 度 时 泡 沫 就 会 自 行 破 灭 但 若 起 泡 剂 溶 解 度 能 够 随 温 度 增 高 而 增 大, 泡 沫 的 稳 定 性 却 可 增 加 2.4 泡 沫 稳 定 性 的 评 价 与 调 高 泡 沫 稳 定 性 与 诸 多 因 素 有 关, 一 般 用 以 下 参 数 衡 量 : 2.4.1 表 面 张 力 表 面 张 力 系 数 越 小 越 好 根 据 Gibbs 原 理, 表 面 能 越 高, 体 系 越 不 稳 定 当 表 面 积 一 定 或 者 增 加 时, 表 面 张 力 的 降 低, 表 面 能 减 小, 且 液 膜 间 的 压 力 减 小, 溶 液 流 动 速 度 变 慢, 稳 定 性 增 强 但 是 单 纯 的 表 面 张 力 并 不 足 以 充 分 说 明 泡 沫 的 稳 定 性, 只 有 在 膜 结 构 达 到 一 定 强 度 时, 表 面 张 力 越 小, 泡 沫 才 越 稳 定 表 面 张 力 直 接 由 起 泡 剂 决 定 ; 2.4.2 表 面 粘 度 决 定 泡 沫 稳 定 性 的 关 键 因 素 是 膜 的 机 械 强 度, 而 膜 的 机 械 强 度 主 要 取 决 于 表 面 吸 附 膜 的 坚 固 性, 可 以 用 膜 溶 液 的 表 面 粘 度 为 其 量 度 因 此 表 面 粘 度 可 用 来 表 示 泡 沫 的 稳 定 性 表 面 粘 度 越 大, 膜 的 强 度 越 大, 泡 沫 也 就 稳 定 5 / 10
为 达 到 目 的, 可 采 用 一 类 稳 泡 剂 这 类 稳 泡 剂 作 为 一 种 活 性 物 质 加 入 起 泡 液 中, 通 过 协 同 作 用 增 强 表 面 吸 附 分 子 间 的 相 互 作 用, 使 表 面 吸 附 强 度 增 大 以 提 高 泡 沫 的 稳 定 性 常 用 的 有 硬 脂 酸 胺 月 桂 醇 月 桂 酰 二 乙 醇 胺 十 二 烷 基 二 甲 胺 氧 化 物 等 2.4.3 溶 液 粘 度 溶 液 粘 度 大, 第 一 可 以 增 加 膜 表 面 强 度, 第 二 可 以 使 液 膜 与 表 面 膜 邻 近 的 液 体 不 易 排 出, 泡 膜 厚 度 变 小 的 速 度 减 慢, 因 而 延 缓 了 泡 沫 破 裂 的 时 间, 增 加 了 泡 沫 的 稳 定 性 但 这 仅 是 一 个 辅 助 指 标, 若 无 表 面 膜 的 形 成, 即 使 内 部 粘 度 再 高, 也 不 一 定 形 成 稳 定 的 泡 沫 为 此 可 以 使 用 二 类 稳 泡 剂, 它 可 以 提 高 溶 液 粘 度, 并 能 形 成 弹 性 薄 膜 常 用 的 增 粘 剂 有 可 溶 性 淀 粉 和 合 成 龙 胶 等 一 般 二 类 稳 泡 剂 要 比 一 类 稳 泡 剂 效 果 更 明 显, 因 而 在 现 场 上 被 广 泛 使 用 三 实 验 过 程 3.1 起 泡 剂 与 稳 泡 剂 的 选 择 整 个 实 验 分 为 两 个 部 分 : 生 活 用 品 实 验 与 化 工 原 料 实 验 前 者 使 用 一 些 生 活 中 常 见 的 事 物 进 行 实 验, 过 程 简 便 安 全, 但 效 果 较 差, 成 本 也 较 高 后 者 通 过 直 接 采 购 化 工 原 料 加 以 调 制, 效 果 极 佳, 往 往 能 够 得 到 很 好 的 泡 沫, 且 成 本 低 廉, 但 化 工 原 料 毕 竟 有 一 定 危 害, 且 调 配 过 程 中 可 能 产 生 新 的 物 质, 容 易 发 生 意 外 3.1.1 起 泡 剂 常 见 的 起 泡 剂 又 称 表 面 活 性 剂, 是 同 时 具 有 亲 水 端 与 疏 水 端 的 小 分 子, 能 够 显 著 改 变 溶 液 界 面 的 性 质 日 常 所 用 的 洗 发 水 中 所 含 有 的 月 桂 醇 聚 醚 硫 酸 酯 钠 (AES) 就 属 于 常 见 的 起 泡 剂 根 据 表 面 活 性 剂 的 化 学 结 构, 可 将 其 分 为 阴 离 子 型, 阳 离 子 型, 两 性 离 子 型 和 非 离 子 型 其 中 阴 离 子 型 比 较 常 见, 优 点 是 价 格 低 廉 且 效 果 优 良, 缺 点 是 抗 电 解 质 能 力 差, 容 易 受 水 中 的 钙 镁 离 子 的 影 响, 代 表 性 物 质 有 硬 脂 酸, 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 生 活 中 常 见 的 可 以 起 泡 的 物 品 有 洗 发 水, 洗 衣 粉, 洗 洁 精 等, 均 可 以 拿 来 实 验 6 / 10
3.1.2 稳 泡 剂 一 类 稳 泡 剂 可 以 增 强 膜 的 机 械 强 度, 一 些 生 物 大 分 子 如 蛋 白 质, 可 以 直 接 起 到 这 样 的 效 果, 因 为 无 论 水 还 是 表 面 活 性 剂 都 是 小 分 子, 缺 少 大 分 子 的 坚 固 性 其 余 如 淀 粉, 纤 维 素 等 也 可 以 尝 试, 但 这 些 生 物 大 分 子 需 要 考 虑 溶 解 度 的 问 题 二 类 稳 泡 剂 要 求 增 强 溶 液 粘 度, 生 活 中 常 见 的 有 蜂 蜜, 胶 水, 甘 油 等 化 工 上 使 用 的 有 CMC XC HPAM 可 溶 性 淀 粉 和 合 成 龙 胶, 考 虑 到 化 工 原 料 的 毒 性, 本 实 验 将 化 工 稳 泡 剂 的 范 围 限 制 在 几 种 之 内 3.1.3 原 料 的 确 定 两 部 分 的 实 验 对 于 原 料 的 选 择 如 下 表 所 示 : 表 一 不 同 原 料 的 选 择 生 活 用 品 实 验 化 工 原 料 实 验 起 泡 剂 洗 发 水, 洗 衣 粉, 洗 洁 精 十 二 烷 基 硫 酸 钠, 十 二 烷 基 苯 磺 酸 稳 泡 剂 蛋 白 粉, 甘 油, 胶 水, 蜂 蜜 羧 甲 酸 纤 维 素 钠, 淀 粉, 改 性 硅 树 脂 聚 醚 乳 液 3.2 实 验 结 果 3.2.1 生 活 用 品 实 验 经 过 反 复 比 较, 发 现 三 种 起 泡 剂 中, 洗 发 水 的 效 果 最 好, 而 且 可 以 与 各 种 稳 泡 剂 形 成 较 好 的 搭 配, 不 大 容 易 受 到 稳 泡 剂 的 影 响 所 以 最 终 选 择 了 洗 发 水 作 为 标 准 的 起 泡 剂, 但 最 终 得 到 的 并 非 溶 液, 而 是 一 种 乳 浊 液, 这 使 得 测 量 其 表 面 张 力 系 数 变 得 不 可 能 参 考 洗 发 水 的 成 分 表, 可 知 其 中 的 有 效 成 分 为 月 桂 醇 硫 酸 酯 钠, 月 桂 醇 聚 醚 硫 酸 酯 钠 (AES) 和 椰 油 酰 胺 丙 基 甜 菜 碱 蛋 白 质 作 为 生 物 大 分 子, 可 以 起 到 加 强 膜 的 机 械 强 度 的 作 用, 而 剩 下 的 三 种 稳 泡 剂 的 作 用 是 增 强 溶 液 粘 度 在 此 基 础 上, 对 四 种 稳 泡 剂 进 行 不 同 比 例 的 调 配 蛋 白 粉 作 为 固 体, 溶 解 度 有 限, 量 不 宜 多, 且 饱 和 后 泡 沫 的 稳 定 性 反 而 有 所 折 扣, 吹 的 过 程 中 很 容 易 脱 落, 触 地 破 裂 三 种 增 强 粘 度 的 稳 泡 剂 中, 蜂 蜜 的 效 果 最 佳, 胶 水 其 次, 甘 油 最 差, 实 验 结 果 与 二 类 稳 泡 剂 的 粘 度 有 直 接 关 系 得 到 的 最 佳 实 验 配 方 为 :200mL 清 水 +100mL 洗 发 水 +1 勺 蛋 白 粉 ( 约 1.2g) +10mL 蜂 蜜 (+10mL 甘 油 ), 甘 油 的 重 要 性 不 大 得 到 的 泡 沫 直 径 最 大 可 达 60cm, 7 / 10
存 在 时 间 为 2min 对 这 个 配 方, 我 们 吹 出 的 单 个 泡 沫 与 用 电 风 扇 吹 出 的 泡 沫 可 参 见 图 二 (a) (b) 图 二 (a) 图 为 吹 出 的 单 个 泡 沫,(b) 图 为 用 电 风 扇 吹 出 来 的 泡 沫, 最 大 时 可 容 纳 半 个 人 的 身 体 3.2.2 化 工 原 料 实 验 3.2.2.1 化 工 原 料 说 明 (1) 十 二 烷 基 硫 酸 钠 : 白 色 或 淡 黄 色 粉 状, 溶 于 水, 对 碱 和 硬 水 不 敏 感 有 去 污 乳 化 和 优 异 的 发 泡 力, 是 一 种 阴 离 子 表 面 活 性 剂 其 生 物 降 解 度 >90%, 可 用 作 牙 膏 和 洗 发 水 的 起 泡 剂 对 于 皮 肤 呼 吸 道 都 会 有 一 定 的 伤 害 (2) 十 二 烷 基 苯 磺 酸 : 一 种 阴 离 子 表 面 活 性 剂, 为 棕 色 粘 稠 性 液 体 对 人 体 有 一 定 伤 害 : 眼 睛 眼 烧 伤, 皮 肤 皮 肤 烧 伤, 可 通 过 皮 肤 吸 收, 食 入 吞 食 有 害, 消 化 道 烧 伤, 吸 入 吸 入 烧 伤 呼 吸 道 (3) 羧 甲 酸 纤 维 素 钠 : 葡 萄 糖 聚 合 度 为 100~2000 的 纤 维 素 衍 生 物, 白 色 纤 维 状 或 颗 粒 状 粉 末 无 臭, 无 味, 无 味, 有 吸 湿 性, 不 溶 于 有 机 溶 剂 食 品 工 业 中 用 作 增 稠 剂, 日 用 化 学 工 业 中 可 用 作 黏 结 剂 (4) 淀 粉 : 葡 萄 糖 分 子 聚 合 而 成 的 多 糖, 白 色 粉 末 状 无 臭, 无 味, 有 吸 湿 性 不 溶 于 冷 水 (5) 硅 树 脂 聚 醚 乳 液 : 简 称 MPS, 作 为 稳 泡 剂 组 分 使 用 在 泡 沫 剂 产 品 中, 可 用 于 各 种 阴 离 子 表 面 活 性 剂 组 合 物 的 泡 沫 配 方 中 通 过 改 变 分 子 内 部 排 列 顺 序, 使 表 8 / 10
面 活 性 剂 泡 与 泡 之 间 排 列 紧 密 整 齐, 有 序 分 布, 从 而 形 成 致 密 的 内 层 膜, 使 得 抗 压 能 力 特 别 强, 赋 予 泡 沫 良 好 的 弹 性 和 自 修 复 能 力, 有 特 别 理 想 的 稳 泡 作 用 但 安 全 参 数 的 未 知 3.2.2.2 实 验 结 果 实 验 中 应 用 到 了 三 种 化 工 原 料, 都 闻 到 了 奇 怪 的 味 道, 混 合 搅 拌 后 有 刺 激 性 气 味 产 生, 可 能 有 毒, 且 用 手 接 触 溶 液 后, 都 出 现 了 脱 皮 的 现 象, 是 十 二 烷 基 苯 磺 酸 与 十 二 烷 基 硫 酸 钠 的 毒 性 造 成 的 建 议 化 工 原 料 只 要 满 足 效 果 即 可, 不 宜 多 量 羧 甲 基 纤 维 素 纳 具 有 一 定 的 抗 高 温 能 力, 始 终 保 持 有 较 高 粘 度, 在 溶 液 中 加 入 羧 甲 基 纤 维 素 纳 后, 可 以 提 高 膜 强 度, 减 缓 排 液 时 间 但 实 验 发 现 羧 甲 基 纤 维 素 钠 的 溶 解 度 太 小, 这 与 添 加 化 工 原 料 后 水 变 为 有 机 溶 液 有 关, 最 终 只 选 用 了 淀 粉 剩 余 的 原 料 经 过 调 配, 得 到 的 比 例 为 :100mL 清 水 +2.5g 十 二 烷 基 硫 酸 钠 +3.5g 淀 粉 +5mL 十 二 烷 基 苯 磺 酸 +6mL 硅 树 脂 聚 醚 乳 液 实 验 效 果 如 图 三 所 示 (a) (b) (c) 图 三 图 (a) (b) 是 用 电 风 扇 吹 出 的 泡 沫, 长 度 已 达 两 米, 很 有 弹 性, 图 (c) 是 用 吸 水 的 棉 布 拉 出 泡 沫 形 成 了 帘 子, 可 以 前 后 抖 动 但 膜 不 会 破, 说 明 韧 性 非 常 好 9 / 10
3.2.2.3 演 示 实 验 效 果 薄 膜 干 涉 是 光 学 中 的 一 个 重 要 概 念, 但 纯 粹 的 理 论 推 导 过 于 抽 象, 为 便 于 学 生 透 彻 理 解, 可 以 采 用 本 实 验 所 配 制 的 溶 液 进 行 课 堂 演 示 如 图 四 所 示, 最 终 得 到 的 薄 膜 延 展 性 极 佳, 人 站 在 凳 子 上 仍 然 可 以 继 续 将 其 拉 长, 且 能 持 续 一 段 时 间, 稳 定 性 也 很 好, 完 全 满 足 课 堂 演 示 的 要 求 演 示 中 需 要 注 意 的 是, 最 好 是 用 棉 织 品 拉 起 膜, 因 为 棉 可 以 吸 收 一 部 分 溶 液, 不 断 补 充 膜 中 间 所 流 失 的 水 分, 从 而 延 长 膜 的 寿 命 如 果 使 用 的 是 化 纤 或 者 金 属, 就 比 较 难 达 到 这 种 效 果 图 四 课 堂 演 示 薄 膜 干 涉 四 结 束 语 本 实 验 在 掌 握 了 泡 沫 的 相 关 概 念 的 基 础 上, 探 究 了 泡 沫 的 产 生 原 因 及 影 响 其 稳 定 性 的 因 素 针 对 这 些 因 素, 从 生 活 用 品 和 化 工 原 料 两 个 角 度 探 究 泡 沫 配 方 的 最 佳 设 计, 取 得 了 令 人 满 意 的 效 果, 并 在 最 终 实 现 了 薄 膜 干 涉 的 课 堂 演 示 实 验 参 考 文 献 1. 赖 崇 伟, 新 型 抗 油 抗 盐 起 泡 剂 体 系 的 研 究, 四 川 大 学 硕 士 学 位 论 文,2007.04 2. 刁 素, 高 温 高 盐 泡 沫 体 系 及 其 性 能 研 究, 西 南 石 油 大 学 硕 士 学 位 论 文,2006.04 3. 曲 彦 平, 杜 鹤 桂, 葛 利 俊, 表 面 粘 度 对 泡 沫 稳 定 性 的 影 响, 沈 阳 工 业 大 学 学 报,Vol.24 No.4 4. 王 晓 东, 有 机 无 机 微 泡 体 系 的 研 究 及 在 钻 井 上 的 应 用, 山 东 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文,2012.04 5. 曹 嫣 镔, 高 温 高 盐 泡 沫 提 高 采 收 率 技 术 研 究, 山 东 大 学 硕 士 学 位 论 文,2007.03 6. 王 克 亮, 杜 姗, 稳 泡 剂 对 泡 沫 性 能 影 响 室 内 实 验 研 究, 内 蒙 古 石 油 化 工,2008 年 第 22 期 10 / 10