Teoria básica de surfactantes (2)
A espuma desempenha um papel importante no processo de lavagem. A espuma é um sistema de dispersão de gás disperso em líquido ou sólido, tendo o gás como fase dispersa e o líquido ou sólido como meio de dispersão; a primeira é chamada de espuma líquida, enquanto a segunda é chamada de espuma sólida, como espuma, espuma de vidro, espuma de cimento etc.
I. A formação de espuma. A espuma discutida aqui se refere aos agregados de bolhas separados por um filme líquido. Essa espuma se deve à grande diferença de densidade entre a fase dispersa (gás) e o meio disperso (líquido), juntamente com a baixa viscosidade do líquido, de modo que as bolhas sempre podem subir rapidamente à superfície do líquido. O processo de formação de espuma consiste em trazer uma grande quantidade de gás para o líquido, as bolhas no líquido e retornar rapidamente à superfície do líquido, a formação de agregados de bolhas separados por uma pequena quantidade de gás líquido
A espuma tem duas características importantes: Em primeiro lugar, como a fase dispersa da bolha geralmente tem forma poliédrica, isso ocorre porque, devido à interseção da bolha, há uma tendência de afinar o filme líquido para que a bolha se torne poliédrica, quando o filme líquido se torna fino até certo ponto, isso leva à ruptura da bolha; em segundo lugar, o líquido puro não pode formar uma espuma estável, o líquido pode formar uma espuma, pelo menos dois ou mais componentes. A solução aquosa de surfactante é um sistema típico que é fácil de gerar espuma, e sua capacidade de gerar espuma também está relacionada a outras propriedades.
Os surfactantes com bom poder de formação de espuma são chamados de agentes espumantes. Embora o agente espumante tenha boa capacidade de formação de espuma, a espuma formada pode não ser necessariamente mantida por um longo período de tempo, ou seja, sua estabilidade não é necessariamente boa. Para manter a estabilidade da espuma, muitas vezes adicionados ao agente formador de espuma podem aumentar a estabilidade das substâncias da espuma, tais substâncias são chamadas de estabilizadores, os estabilizadores comumente usados são lauroil dietanolamina e óxido de dodecil dimetilamina.
Segundo, a estabilidade da espuma. A espuma é um sistema termodinamicamente instável, a tendência final é romper a bolha depois que a área total da superfície do líquido no sistema for reduzida, a energia livre é reduzida. O processo de antiespumante é o filme líquido que separa o gás de espesso para fino, até o processo de ruptura. Portanto, o grau de estabilidade da espuma é determinado principalmente pela velocidade de descarga do líquido e pela força do filme líquido. Seus fatores de influência também são os seguintes.
1、Tensão superficial. Do ponto de vista energético, a baixa tensão superficial é mais favorável à formação de espuma, mas não garante a estabilidade da espuma. A tensão superficial é baixa, a diferença de pressão é pequena, a velocidade de descarga fica mais lenta, o filme líquido fica mais fino e mais lento, o que favorece a estabilidade da espuma.
2、Viscosidade da superfície. O principal fator para determinar a estabilidade da espuma é a resistência do filme líquido, e a resistência do filme líquido é determinada principalmente pela solidez do filme de adsorção da superfície, medida pela viscosidade da superfície. A espuma gerada pela solução com maior viscosidade superficial tem uma vida útil mais longa. Isso ocorre porque a interação entre as moléculas de adsorção da superfície leva a um aumento na resistência do filme, aumentando assim a vida útil da espuma.
3、Viscosidade da solução. Quando a viscosidade do próprio líquido aumenta, o líquido no filme líquido não é fácil de ser descarregado, a espessura do filme líquido diminui mais lentamente, retardando o tempo de ruptura do filme e aumentando a estabilidade da espuma.
4 、 O efeito de "reparo" da tensão superficial. O surfactante adsorvido na superfície do filme líquido tem a capacidade de resistir à expansão ou contração da superfície do filme líquido, essa capacidade é chamada de efeito de reparo. Como há um surfactante adsorvido na superfície do filme líquido, a expansão de sua área de superfície reduzirá a concentração de moléculas adsorvidas na superfície e aumentará a tensão superficial. Para expandir ainda mais a superfície, será necessário realizar um trabalho maior. Por outro lado, a contração da área da superfície aumentará a concentração das moléculas de adsorção na superfície, ou seja, reduzirá a tensão da superfície, o que não favorece a contração adicional.
5, a difusão do gás pelo filme líquido. Devido à existência de pressão capilar, a pressão da bolha pequena na espuma é maior do que a pressão da bolha grande, o que fará com que o gás na bolha pequena se difunda pelo filme líquido até a bolha grande de baixa pressão, resultando no fenômeno da bolha pequena se tornar menor e a bolha grande se tornar maior e, por fim, a ruptura da espuma. Se o surfactante for adicionado, a espuma será uniforme e fina e não será fácil de remover a espuma. Como o surfactante está bem disposto no filme líquido, é difícil respirar, e a espuma é mais estável.
6、O efeito da carga da superfície. Se o filme líquido da espuma tiver a mesma carga simbólica, as duas superfícies do filme líquido se repelirão, evitando que o filme líquido se afine ou até mesmo se destrua. Os surfactantes iônicos podem desempenhar esse papel estabilizador.
Terceiro, a destruição da espuma. O princípio básico da destruição da espuma é alterar as condições de geração da espuma ou eliminar os fatores estabilizadores da espuma. Existem dois tipos de métodos de remoção de espuma: físico e químico. A antiespumação física consiste em manter a composição química da solução de espuma sob as circunstâncias de alteração das condições de geração de espuma, como perturbação externa, mudanças de temperatura ou pressão e tratamento ultrassônico, que são métodos físicos eficazes para eliminar a espuma. O método de antiespumante químico consiste em adicionar determinadas substâncias e agentes formadores de espuma para reduzir a força do filme líquido na espuma e, assim, reduzir a estabilidade da espuma para atingir o objetivo de antiespumante. A maioria dos antiespumantes são surfactantes. Portanto, de acordo com o mecanismo de ação do antiespumante, o antiespumante deve ter uma forte capacidade de reduzir a tensão superficial, ser fácil de adsorver na superfície, e a interação molecular de adsorção da superfície é fraca, as moléculas de adsorção estão dispostas em uma estrutura mais relaxada.
Há vários tipos de antiespumantes, mas basicamente todos são surfactantes não iônicos. Os surfactantes não iônicos têm propriedades antiespumantes próximas ou acima do ponto de turvação e são frequentemente usados como antiespumantes. Álcoois, especialmente álcoois com estrutura ramificada, ácidos graxos e ésteres de ácidos graxos, poliamidas, ésteres de fosfato, óleo de silicone etc. também são comumente usados como excelentes antiespumantes.
Quarto, a espuma e a lavagem. Não há conexão direta entre a espuma e o efeito de lavagem, e a quantidade de espuma não indica um efeito de lavagem bom ou ruim. Por exemplo, o desempenho de formação de espuma dos surfactantes não iônicos é muito inferior ao do sabão, mas sua detergência é muito melhor do que a do sabão. Em alguns casos, a espuma pode ser útil para remover a sujeira. Por exemplo, ao lavar pratos em casa, a espuma do detergente pode remover as gotículas de óleo; ao esfregar tapetes, a espuma ajuda a remover poeira, pó e outras sujeiras sólidas. Além disso, às vezes a espuma pode ser usada como um sinal da eficácia do detergente, pois os óleos graxos têm um efeito inibidor sobre a espuma do detergente e, quando há muito óleo e pouco detergente, não haverá geração de espuma ou a espuma original desaparecerá. Às vezes, a espuma pode ser usada como indicador de que o enxágue está limpo, pois a quantidade de espuma na solução de enxágue tende a diminuir com a quantidade de detergente, de modo que a quantidade de espuma pode ser usada para avaliar o grau de enxágue.
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