泡沫是气体分散于液体中的多相分散体系，气体是分散相，液体是分散介质。以水作为分散介质的泡沫称为水基泡沫。水基泡沫具有无毒、无污染、持续时间长、泡沫丰富、不燃爆、安全性高及使用成本低等优点，在生产、运输、贮存和使用过程中有其独到的安全性[1,2]。水基泡沫技术目前主要应用在石油的二次和三次开采、泡沫灭火、矿业泡沫浮选、疏松食品中的起泡和稳泡、酿造工业、废水处理、土壤净化、洗涤和军事遮蔽伪装等方面。近年来，我国非常重视对泡沫的研究与应用[3-6]，但当前对水基泡沫的研究主要集中在提高泡沫的发泡能力、携液能力及增强泡沫的稳定性上，对于超长稳定时间的泡沫研究甚少。作者在研究泡沫稳定机理的基础上进行了高稳定性水基泡沫液的研究工作。
1 实验部分
1．1原料
十二烷基硫酸钠(SDS)、十六醇、十二醇、十二烷基氧化叔胺、果胶、明胶、羧甲基纤维素(CMC)、苯丙乳液、水玻璃，均为市售工业级。
1．2实验方法
配制好100 mL发泡液体，加入搅拌杯中，高速搅拌5 min后停止，再把泡沫移入到
1．3水基泡沫性能的评价方法
起泡力：将100 mL起泡液发出的泡沫倒入量筒中测量泡沫体积v，作为起泡液的起泡力。
稳定性：记录上述泡沫体积衰减一半所需的时间，称为泡沫的半衰期(t1/2v)，以衡量泡沫的稳定性。t1/2v越长，表明泡沫液的稳定性越好。
2结果与讨论
2．1泡沫液配方的实验筛选
2．1．1发泡剂和稳泡剂的筛选
水基泡沫体系一般由水、起泡剂、稳泡剂组成。起泡剂一般为表面活性剂，其作用是降低溶液的表面张力，使起泡变得容易，并吸附在气泡外面的液膜表面上，形成较牢固的膜，以增加泡沫寿命。稳泡剂的作用是提高表面液膜的黏度和弹性，增强表面膜的机械强度，延缓膜中液体排液速度，从而稳定泡沫。大量研究资料表明，阴离子表面活性剂具有低的表面张力，有良好的起泡性能，其中SDS不仅发泡性好，而且价格便宜，来源丰富，因而选择SDS作为发泡剂。常用的稳泡剂有氧化胺和高级脂肪醇，其中SDS和高级脂肪醇配伍性较好[7]，泡沫稳定时间长，因而选择代表性的十六醇和十二醇进行研究比较。20℃下各种复配实验结果见表l。
表1 SDS与脂肪醇的加量对泡沫性能的影响
Tab．1 Effect of amount of SDS and aliphatic alcohol on performaflce of foam
从表l可以看出，无论与哪种醇复配，SDS的质量分数对起泡能力影响都较大。随着SDS质量分数的增加，起泡能力达到最大后又降低。这是由于当表面活性剂浓度小于临界胶束浓度时，随着浓度的增加，溶液的表面张力减小，发泡力增强；当浓度高于临界胶束浓度时，溶液的表面张力不再减小，甚至会稍微增大；而当浓度增加到一定程度时，形成的泡沫含液量减少，脆性增加，泡沫反而会变得不稳定。SDS与脂肪醇复配后，泡沫的起泡力和稳定性都很好。这是因为加入脂肪醇后，醇分子本身的碳氢链周围有“冰山”结构，醇分子参与表面活性剂胶团形成的过程是容易自发进行的自由能降低的过程，溶液中醇的存在就使胶团容易形成，临界胶束浓度降低，起泡力增加。脂肪醇的加入不仅可以减慢泡沫内部的排液速度，还可以减慢靠近液膜的排液速度，从而增加泡沫的稳定性。两种醇中，十六醇与SDS的复配效果较十二醇好，在SDS 2．0％，十六醇1．5％的质量分数下，泡沫的稳定性可达21 h以上。实验中还发现，未加稳泡剂时，起泡剂产生的泡沫表层松散，单个泡沫体积较大，较易破灭；加稳泡剂后，泡沫表层致密，表面弹性增加，单个泡沫体积均匀细小，泡沫较难破灭，泡沫寿命显著延长。
2．1．2增黏剂对水基泡沫稳定性的影响
由于气、液相对密度和界面两侧的压差，引起气泡间的液体在压力下总是不断地被排出，液膜逐渐变薄而导致气泡破灭。为增加泡沫的稳定性，应适当增大气泡间液体的体相黏度，以使泡膜内液体既不易流失，减慢排液速度，又使气体在液膜中的溶解度降‘低。可在发泡液中适当加入能增加黏度的物质，但发泡液黏度太大，又会影响发泡液的发泡性能。因此，合适的增黏剂及加入量尚需作进一步的实验筛选。皂素、蛋白质及其他类似物质的分子间的羧基和羰基问有形成氢键的能力，因而有很高的表面黏度，能形成很稳定的泡沫。实验考察了果胶、明胶、CMC等作为增黏剂与SDS和十六醇进行复配后对泡沫稳定性的影响，结果发现CMC的加入对体系的稳定性有很大的提高。为进一步确定增黏剂在复配体系中的用量，在固定SDS质量分数为2．0％，十六醇质量分数为l．5％的情况下，改变CMC的质量分数在
表2 CMC的加量对泡沫稳定性的影响
Tab．2 Effect of amount of CMC on foam stability
CMC是常用的增黏剂，其增黏机理是疏水主链与周围水分子通过氢键缔合，提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空问，从而提高了体系黏度。由表2可以看出，泡沫的稳定性开始随着CMC质量分数的增加而增加，但当CMC的质量分数大于2．O％，泡沫的稳定性反而减小。主要原因是体系的黏度增大到一定程度后，空气难于进入液相内部与表面活性剂充分接触，使得发泡不充分和不均匀，泡沫大小不均，增加了已发泡沫的表面承受力，泡沫稳定性降低。所以，CMC在水基泡沫液中的较佳质量分数为2．0％。
2．1．3成膜剂对水基泡沫稳定性和成型性的影响
加入CMC后，泡沫的t1/2v可提高到67 h，但新泡沫在轻微的外界力作用下很快就破裂，排液完的干泡沫也比较稀疏，容易变形。为了进一步提高泡沫稳定性，改善干泡沫的性能，考虑在基本发泡液中加入一些成膜物质。因为液相黏度仅为辅助因素，若不形成表面膜，液相黏度再大，也不能形成稳定的泡沫。起泡剂和泡沫稳定剂在膜面的吸附密度与表面膜弹性密切相关，吸附于表面膜气一液界面的表面活性剂分子之间相互作用力大，则表面黏度高，膜强度也高，如表面活性剂分子之间形成高强度的混合膜，则能使液膜表面黏度增高，从而使泡沫稳定性大大提高[7]。
选择的成膜剂有聚合物苯丙乳液和水玻璃，在
表3成膜剂对水基泡沫稳定性和成膜性的影响
Tab．3 Effect of film forming agent on stability and film forming property of foam system
从表3可以看出，在复配基本发泡液SDS2．0％，十六醇1．5％，CMC 2．0％中加入水玻璃5．0％，苯丙乳液3．O％发得的新泡沫，V=2400 mL，t1/2v =96 h，泡沫性能明显改善，成膜性好，抗外界力提高。乳液具有良好的水溶性，不仅能提高液相黏度，阻止液膜排液，同时还能形成强度高的膜。乳液成膜机理是随着分散介质挥发的同时产生高聚物粒子的接近、接触、挤压变形而聚集起来，最后由粒子状态的聚集变成分子状态的聚集而形成连续的膜。水玻璃的加入也可以增加乳液的成膜性和耐水性。因此它们有较好的稳泡作用。图l中a是泡沫新发出时的照片，b是泡沫存放96 h后的照片。
图1 泡沫存放前后的照片
Fig．1 Photo of foam newly generated and maintained for 96 h
从图l中a和b可以看出，新发出的泡沫发泡量大，定型好；泡沫放置96 h后仍具有良好的形状。由此可以得到高稳定性水基泡沫液的较佳复合配方为：W(SDS)=2．0％，W(十六醇)=1．5％，W(CMC)=2．0％，W(水玻璃)=5．0％，w(苯丙乳液)=3．0％。此条件下l00 mL泡沫液最大发泡倍数为24倍。
2．2温度对复合泡沫液发泡能力和稳定性的，影响
实验过程中发现成膜剂等助剂加入后，稳定性明显增加，但发泡液的发泡温度对发泡能力有较大的影响，结果见表4。
表4温度对复合发泡液发泡能力和稳定性的影响
Tab．4 Effect of temperature on foaming power and foamstability of foam liquid
由表4可知，当发泡温度t<
3 结论
1)发泡剂SDS与十六醇复配具有较好的发泡性和稳泡性，在水基泡沫液中适当添加增黏剂羧甲基纤维素和成膜剂苯丙乳液等可明显提高泡沫的稳定性和成型性。发泡温度对泡沫液的发泡能力有较大的影响，实验条件下泡沫液较佳发泡温度为
2)高稳定性水基泡沫液的较佳复合配方(w／％)为：SDS 2．0、十六醇l．5、CMC 2．0、水玻璃5．0、苯丙乳液3．0。
3)复配出的泡沫液，其最大发泡倍数达到24倍，泡沫的稳定性为t1/2v =96 h，泡沫表面细密，成型性好，有一定的耐水性，可抗轻微的外界力。
参考文献：
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