Teoria di base dei tensioattivi (2)
La schiuma svolge un ruolo importante nel processo di lavaggio. La schiuma è un sistema di dispersione di gas in un liquido o in un solido, con il gas come fase dispersa e il liquido o il solido come mezzo di dispersione; il primo è chiamato schiuma liquida, mentre il secondo è chiamato schiuma solida, come la schiuma, la schiuma di vetro, la schiuma di cemento, ecc.
I. La formazione della schiuma. La schiuma di cui si parla qui si riferisce agli aggregati di bolle separati da un film liquido. Questa schiuma è dovuta alla grande differenza di densità tra la fase dispersa (gas) e il mezzo disperso (liquido), unita alla bassa viscosità del liquido, per cui le bolle possono sempre salire rapidamente sulla superficie del liquido. Il processo di formazione della schiuma consiste nel portare una grande quantità di gas nel liquido, le bolle nel liquido e tornare rapidamente alla superficie del liquido, la formazione di aggregati di bolle separate da una piccola quantità di gas liquido.
La schiuma presenta due caratteristiche significative: In primo luogo, poiché la fase dispersa della bolla è spesso di forma poliedrica, questo perché l'intersezione della bolla tende ad assottigliare il film liquido in modo che la bolla diventi poliedrica, quando il film liquido diventa sottile fino a un certo punto, porta alla rottura della bolla; in secondo luogo, il liquido puro non può formare una schiuma stabile, il liquido può formare una schiuma, almeno due o più componenti. La soluzione acquosa di tensioattivo è un sistema tipico che è facile da generare schiuma, e la sua capacità di generare schiuma è anche legata ad altre proprietà.
I tensioattivi con un buon potere schiumogeno sono chiamati agenti schiumogeni. Anche se l'agente schiumogeno ha una buona capacità schiumogena, non è detto che la schiuma formata si mantenga a lungo, cioè la sua stabilità non è necessariamente buona. Per mantenere la stabilità della schiuma, spesso si aggiungono all'agente schiumogeno sostanze in grado di aumentare la stabilità della schiuma; tali sostanze sono chiamate stabilizzatori; gli stabilizzatori comunemente utilizzati sono lauroil dietanolammina e l'ossido di dodecil dimetilammina.
In secondo luogo, la stabilità della schiuma. La schiuma è un sistema termodinamicamente instabile, la tendenza finale è quella di rompere la bolla dopo che l'area superficiale totale del liquido nel sistema è ridotta, l'energia libera è ridotta. Il processo di defoamazione è costituito dal film liquido che separa il gas da spesso a sottile, fino al processo di rottura. Pertanto, il grado di stabilità della schiuma è determinato principalmente dalla velocità di scarico del liquido e dalla forza del film liquido. I fattori di influenza sono anche i seguenti.
1. Tensione superficiale. Dal punto di vista energetico, una bassa tensione superficiale è più favorevole alla formazione della schiuma, ma non garantisce la stabilità della schiuma. Se la tensione superficiale è bassa, la differenza di pressione è piccola, la velocità di scarico diventa più lenta, il film liquido si assottiglia più lentamente, il che favorisce la stabilità della schiuma.
2. Viscosità superficiale. Il fattore chiave per determinare la stabilità della schiuma è la resistenza del film liquido, che è determinata principalmente dalla solidità del film di adsorbimento superficiale, misurata dalla viscosità superficiale. La schiuma generata dalla soluzione con una maggiore viscosità superficiale ha una durata maggiore. Questo perché l'interazione tra le molecole di adsorbimento superficiale porta a un aumento della resistenza del film, aumentando così la durata della schiuma.
3. Viscosità della soluzione. Quando la viscosità del liquido stesso aumenta, il liquido nel film liquido non si scarica facilmente, lo spessore del film liquido si assottiglia più lentamente, rallentando il tempo di rottura del film e aumentando la stabilità della schiuma.
4. L'effetto "riparatore" della tensione superficiale. Il tensioattivo adsorbito sulla superficie del film liquido, la capacità di resistere all'espansione o alla contrazione della superficie del film liquido, questa capacità è chiamata effetto di riparazione. Poiché sulla superficie del film liquido è adsorbito un tensioattivo, l'espansione della sua area superficiale ridurrà la concentrazione di molecole adsorbite sulla superficie e aumenterà la tensione superficiale. Un'ulteriore espansione della superficie richiederà un lavoro maggiore. Al contrario, la contrazione dell'area superficiale aumenterà la concentrazione delle molecole adsorbite in superficie, cioè ridurrà la tensione superficiale, il che non favorisce un'ulteriore contrazione.
5, la diffusione del gas attraverso il film liquido. A causa dell'esistenza della pressione capillare, la pressione della bolla piccola nella schiuma è superiore alla pressione della bolla grande, il che fa sì che il gas nella bolla piccola si diffonda attraverso il film liquido verso la bolla grande a bassa pressione, dando luogo al fenomeno della bolla piccola che diventa più piccola e della bolla grande che diventa più grande, e infine alla rottura della schiuma. Se si aggiungono tensioattivi, la schiuma sarà uniforme e fine e non sarà facile da sgonfiare. Poiché il tensioattivo è strettamente disposto sul film liquido, è difficile da respirare e la schiuma è più stabile.
6. L'effetto della carica superficiale. Se il film liquido schiumoso ha la stessa carica simbolica, le due superfici del film liquido si respingono a vicenda, impedendo l'assottigliamento o addirittura la distruzione del film liquido. I tensioattivi ionici possono svolgere questo ruolo di stabilizzazione.
In terzo luogo, la distruzione della schiuma. Il principio di base della distruzione della schiuma consiste nel modificare le condizioni di formazione della schiuma o nell'eliminare i fattori di stabilizzazione della stessa; esistono due tipi di metodi di disboscamento fisico e chimico. Il metodo di disboscamento fisico consiste nel mantenere la composizione chimica della soluzione schiumogena in condizioni di cambiamento delle condizioni di generazione della schiuma; ad esempio, i disturbi esterni, le variazioni di temperatura o di pressione e il trattamento a ultrasuoni sono metodi fisici efficaci per eliminare la schiuma. Il metodo chimico di disboscamento consiste nell'aggiungere determinate sostanze e agenti schiumogeni per ridurre la forza del film liquido nella schiuma e quindi ridurre la stabilità della schiuma per raggiungere lo scopo di disboscamento. La maggior parte degli antischiuma sono tensioattivi. Pertanto, in base al meccanismo d'azione del defoaming, il defoamer deve avere una forte capacità di ridurre la tensione superficiale, facile da adsorbire sulla superficie, e l'interazione molecolare di adsorbimento superficiale è debole, le molecole di adsorbimento disposte in una struttura più rilassata.
Esistono vari tipi di antischiuma, ma fondamentalmente sono tutti tensioattivi non ionici. I tensioattivi non ionici hanno proprietà antischiuma in prossimità o al di sopra del punto di nuvola e sono spesso utilizzati come antischiuma. Anche gli alcoli, in particolare quelli con struttura ramificata, gli acidi grassi e gli esteri di acidi grassi, le poliammidi, gli esteri di fosfati, l'olio di silicone, ecc. sono comunemente utilizzati come ottimi antischiuma.
Quarto, la schiuma e il lavaggio. Non esiste un legame diretto tra schiuma ed effetto di lavaggio, e la quantità di schiuma non indica un effetto di lavaggio buono o cattivo. Ad esempio, le prestazioni schiumogene dei tensioattivi non ionici sono di gran lunga inferiori a quelle del sapone, ma la loro detergenza è molto migliore di quella del sapone. In alcuni casi, la schiuma può essere utile per rimuovere lo sporco. Ad esempio, quando si lavano i piatti a casa, la schiuma del detergente può rimuovere le gocce d'olio; quando si lavano i tappeti, la schiuma aiuta a rimuovere la polvere, la cipria e altro sporco solido. Inoltre, la schiuma può talvolta essere utilizzata come indicatore dell'efficacia del detersivo, perché gli oli grassi hanno un effetto inibitorio sulla schiuma del detersivo e quando c'è troppo olio e troppo poco detersivo, non si genera schiuma o la schiuma originale scompare. La schiuma può talvolta essere utilizzata come indicatore della pulizia del risciacquo, poiché la quantità di schiuma nella soluzione di risciacquo tende a diminuire con la quantità di detergente, quindi la quantità di schiuma può essere utilizzata per valutare il grado di risciacquo.
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