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表面活性剂理论

 

表面活性剂(表面活性分子)是由亲水头部和疏水尾部组成的两亲性化合物。

它们吸附在两种互不相溶的流体界面上,例如空气/水或油/水界面,从而降低表面张力或界面张力。它们的主要用途包括润湿、乳化、分散、起泡和去污。

它们分为四大类:

  • 阴离子表面活性剂(带负电荷):例如,肥皂、硫酸盐、磺酸盐。

  • 阳离子表面活性剂(带正电荷):例如季铵化合物。

  • 两性表面活性剂:根据 pH 值的不同,既带正电荷也带负电荷。

  • 非离子表面活性剂:不带电荷的分子……

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表面张力:理论与表征技术

 

表面/界面张力是指存在于两种互不相溶流体界面处的力。它是由界面处和本体中分子间吸引力的不平衡引起的。

表面/界面张力(γ)是沿界面作用的单位长度上的力,以N·m⁻¹表示。

了解和量化表面张力和界面张力对于泡沫、乳液、涂料、洗涤剂、药物和材料科学等领域至关重要,因为控制界面现象决定了稳定性和性能。

测量动态表面张力或界面张力的主要方法之一是悬滴/上升液滴法,该方法通过图像分析测量重力作用下液滴的轮廓来确定γ值。它准确、用途广泛,适用于动态研究(吸附动力学)……

TH3_Surfactant adsorption theory.jpg

表面活性剂在空气/水界面的吸附动力学

 

表面活性剂在空气-水界面上的吸附作用决定了表面张力随时间的降低,这一过程被称为动态表面张力(DST)。当形成新的表面时,表面活性剂分子从本体溶液扩散到界面,吸附并重新排列,直至达到平衡状态。

描述这一过程的主要机制有两种:

  • 扩散控制吸附,其中扩散是速率限制步骤。

  • 混合扩散-动力学吸附,其中分子屏障(空间位阻、胶束稳定性或表面拥挤)会减缓分子向界面的转移……

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液态泡沫

 

液态泡沫是气泡在液相中的分散体,其独特的结构、机械和界面特性使其在许多行业中具有价值。

它们的行为取决于液相分数、气泡尺寸分布以及有序度或多分散性。它们的稳定性和寿命受到排液、奥斯特瓦尔德熟化、聚结和蒸发的限制,这些过程会逐渐使液膜变薄并改变气泡尺寸分布。

表面活性剂通过吸附和吉布斯-马兰戈尼效应降低表面张力并稳定薄膜,从而发挥着核心作用。在临界胶束浓度(CMC)附近,界面弹性达到最佳,此时起泡性也达到最大值。

最终,理解这些多尺度机制,从纳米薄膜到宏观泡沫流动,对于优化配方、预测泡沫寿命和控制起泡行为至关重要……

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液态泡沫的特性

 

液体泡沫表征侧重于泡沫高度或体积、液体分数、气泡尺寸和多分散性等参数,以及起泡性、泡沫稳定性和液体排出等随时间变化的特性。

基本方法包括罗斯-迈尔斯测试,该测试在标准条件下测量泡沫高度和随时间衰减情况;以及比克曼方法,该方法评估连续气体注入下的泡沫形成情况,以得出反映动态稳定性的起泡指数。

先进的仪器设备,例如 FOAMSCAN™ 分析仪,集成了图像分析和电导率测量功能,可评估宏观参数(泡沫体积、液体分数、排水速率)和微观结构(气泡尺寸分布、形状和多分散性)。这些方法能够对泡沫的生成、生长和老化进行多尺度分析,帮助研究人员了解、预测和优化泡沫性能,从而确保在各种工业和科学应用中实现可重复的性能。

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