Grundlegende Theorie der Tenside (2)
Schaum spielt eine wichtige Rolle im Waschprozess. Schaum ist ein Dispersionssystem aus Gas, das in einer Flüssigkeit oder einem Feststoff dispergiert ist, mit Gas als dispergierter Phase und Flüssigkeit oder Feststoff als Dispersionsmedium; ersteres wird als Flüssigkeitsschaum bezeichnet, während letzteres als fester Schaum bezeichnet wird, wie z. B. Schaum, Schaumglas, Schaumzement usw.
I. Die Entstehung von Schaum. Der hier behandelte Schaum bezieht sich auf die Ansammlung von Blasen, die durch einen Flüssigkeitsfilm getrennt sind. Dieser Schaum ist auf den großen Dichteunterschied zwischen der dispergierten Phase (Gas) und dem dispergierten Medium (Flüssigkeit) zurückzuführen, verbunden mit der geringen Viskosität der Flüssigkeit, so dass die Blasen immer schnell an die Flüssigkeitsoberfläche aufsteigen können. Der Prozess der Bildung von Schaum ist es, eine große Menge an Gas in die Flüssigkeit zu bringen, die Blasen in der Flüssigkeit und schnell zurück an die Flüssigkeitsoberfläche, die Bildung von Blasen-Aggregate durch eine kleine Menge von Flüssiggas getrennt
Schaum in Form von zwei wesentlichen Merkmalen: Erstens, wie die dispergierte Phase der Blase ist oft polyedrische Form, ist dies, weil der Schnittpunkt der Blase, gibt es eine Tendenz zur Verdünnung des Flüssigkeitsfilms, so dass die Blase wird polyedrische, wenn der Flüssigkeitsfilm wird dünn bis zu einem gewissen Grad, es führt zum Bruch der Blase; Zweitens kann die reine Flüssigkeit nicht bilden einen stabilen Schaum, die Flüssigkeit kann einen Schaum bilden, mindestens zwei oder mehr Komponenten. Die wässrige Lösung von Tensid ist ein typisches System, das leicht zu erzeugen Schaum ist, und seine Fähigkeit, Schaum zu erzeugen ist auch auf andere Eigenschaften bezogen.
Tenside mit guter Schaumbildung werden als Schaumbildner bezeichnet. Obwohl der Schaumbildner ein gutes Schaumvermögen hat, bleibt der gebildete Schaum nicht unbedingt über einen längeren Zeitraum erhalten, d. h., seine Stabilität ist nicht unbedingt gut. Um die Stabilität des Schaums aufrechtzuerhalten, werden dem schaumbildenden Mittel häufig Substanzen zugesetzt, die die Stabilität des Schaums erhöhen können; solche Substanzen werden als Stabilisatoren bezeichnet.
Zweitens, die Stabilität des Schaums. Schaum ist ein thermodynamisch instabiles System, der endgültige Trend ist, die Blase zu brechen, nachdem die Gesamtoberfläche der Flüssigkeit im System reduziert ist, wird die freie Energie reduziert. Der Entschäumungsprozess ist der Flüssigkeitsfilm, der das Gas von dick zu dünn trennt, bis der Prozess des Zerreißens. Daher wird der Stabilitätsgrad des Schaums hauptsächlich durch die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsentladung und die Stärke des Flüssigkeitsfilms bestimmt. Weitere Einflussfaktoren sind die folgenden.
1、Oberflächenspannung. Aus energetischer Sicht ist eine niedrige Oberflächenspannung günstiger für die Bildung von Schaum, garantiert aber nicht die Stabilität des Schaums. Wenn die Oberflächenspannung niedrig ist, ist der Druckunterschied gering, die Austrittsgeschwindigkeit wird langsamer, der Flüssigkeitsfilm wird langsamer dünner, was der Stabilität des Schaums förderlich ist.
2、Oberflächenviskosität. Der Schlüsselfaktor für die Stabilität des Schaums ist die Stärke des Flüssigkeitsfilms, und die Stärke des Flüssigkeitsfilms wird hauptsächlich durch die Festigkeit des Oberflächenadsorptionsfilms bestimmt, die durch die Oberflächenviskosität gemessen wird. Der von einer Lösung mit größerer Oberflächenviskosität erzeugte Schaum hat eine längere Lebensdauer. Dies liegt daran, dass die Wechselwirkung zwischen den Oberflächenadsorptionsmolekülen zu einer Erhöhung der Filmstärke führt, wodurch sich die Lebensdauer des Schaums verlängert.
3、Viskosität der Lösung. Wenn die Viskosität der Flüssigkeit selbst zunimmt, kann die Flüssigkeit im Flüssigkeitsfilm nicht so leicht entweichen, die Dicke des Flüssigkeitsfilms wird langsamer, die Zeit des Filmrisses wird verlangsamt und die Stabilität des Schaums erhöht.
4、Der "Reparatur"-Effekt der Oberflächenspannung. Tensid auf der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms adsorbiert, die Fähigkeit, die Expansion oder Kontraktion der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms zu widerstehen, wird diese Fähigkeit die Reparatur-Effekt genannt. Da auf der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms ein Tensid adsorbiert ist, wird durch die Vergrößerung der Oberfläche die Konzentration der adsorbierten Moleküle auf der Oberfläche verringert und die Oberflächenspannung erhöht. Bei einer weiteren Vergrößerung der Oberfläche muss mehr Arbeit verrichtet werden. Umgekehrt führt eine Kontraktion der Oberfläche zu einer Erhöhung der Konzentration der adsorbierten Moleküle an der Oberfläche, d. h. zu einer Verringerung der Oberflächenspannung, was einer weiteren Kontraktion nicht förderlich ist.
5, die Diffusion von Gas durch den Flüssigkeitsfilm. Aufgrund des Kapillardrucks ist der Druck der kleinen Blase im Schaum höher als der Druck der großen Blase, was dazu führt, dass das Gas in der kleinen Blase durch den Flüssigkeitsfilm zur großen Blase mit niedrigem Druck diffundiert, was dazu führt, dass die kleine Blase kleiner und die große Blase größer wird und schließlich der Schaum zerbricht. Wird ein Tensid zugegeben, ist der Schaum gleichmäßig und fein und lässt sich nicht so leicht entschäumen. Da das Tensid dicht auf dem Flüssigkeitsfilm angeordnet ist, kann es nur schwer atmen, und der Schaum ist stabiler.
6、Die Wirkung der Oberflächenladung. Wenn der Flüssigkeitsfilm des Schaums die gleiche symbolische Ladung hat, stoßen sich die beiden Oberflächen des Flüssigkeitsfilms gegenseitig ab und verhindern so, dass der Flüssigkeitsfilm dünner wird oder sogar zerstört wird. Ionische Tenside können diese stabilisierende Rolle spielen.
Drittens, die Zerstörung von Schaum. Das Grundprinzip der Schaumzerstörung besteht darin, die Bedingungen für die Schaumbildung zu ändern oder die stabilisierenden Faktoren des Schaums zu beseitigen; es gibt zwei Arten von physikalischen und chemischen Entschäumungsmethoden. Bei der physikalischen Entschäumung wird die chemische Zusammensetzung der Schaumlösung unter den Bedingungen der Schaumbildung aufrechterhalten, z. B. durch externe Störungen, Temperatur- oder Druckänderungen und Ultraschallbehandlung. Bei der chemischen Entschäumungsmethode werden bestimmte Stoffe und schaumbildende Mittel zugesetzt, um die Stärke des Flüssigkeitsfilms im Schaum zu verringern und so die Stabilität des Schaums zu reduzieren, um den Zweck der Entschäumung zu erreichen. Bei den meisten Entschäumern handelt es sich um Tenside. Entsprechend dem Wirkungsmechanismus der Entschäumung sollten Entschäumer eine starke Fähigkeit zur Verringerung der Oberflächenspannung haben, leicht an der Oberfläche zu adsorbieren, und die Oberfläche Adsorption molekulare Wechselwirkung ist schwach, Adsorption Moleküle in einer entspannten Struktur angeordnet.
Es gibt verschiedene Arten von Entschäumern, aber im Grunde sind sie alle nichtionische Tenside. Nichtionische Tenside haben schaumhemmende Eigenschaften nahe oder oberhalb des Trübungspunkts und werden häufig als Entschäumer eingesetzt. Alkohole, insbesondere Alkohole mit verzweigter Struktur, Fettsäuren und Fettsäureester, Polyamide, Phosphatester, Silikonöl usw. werden ebenfalls häufig als hervorragende Entschäumer verwendet.
Viertens, der Schaum und das Waschen. Es gibt keinen direkten Zusammenhang zwischen Schaum und Waschwirkung, und die Menge des Schaums sagt nichts über eine gute oder schlechte Waschwirkung aus. So ist beispielsweise die Schaumbildung bei nichtionischen Tensiden weitaus geringer als bei Seife, aber ihre Waschkraft ist viel besser als die von Seife. In manchen Fällen kann Schaum bei der Entfernung von Schmutz hilfreich sein. Beim Geschirrspülen zu Hause kann der Schaum des Waschmittels beispielsweise Öltröpfchen entfernen; beim Schrubben von Teppichen hilft der Schaum, Staub, Pulver und anderen festen Schmutz zu entfernen. Außerdem kann der Schaum manchmal als Indikator für die Wirksamkeit des Waschmittels dienen, denn fette Öle haben eine hemmende Wirkung auf den Schaum des Waschmittels, und wenn zu viel Öl und zu wenig Waschmittel vorhanden sind, entsteht kein Schaum, oder der ursprüngliche Schaum verschwindet. Schaum kann manchmal als Indikator dafür verwendet werden, ob die Spülung sauber ist, da die Schaummenge in der Spüllösung mit der Menge des Reinigungsmittels abnimmt, so dass die Schaummenge zur Bewertung des Grades der Spülung verwendet werden kann.
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