泡沫稳定性
苏珊娜劳伦 1923年2月7日 >4分钟

泡沫稳定性——如何研究界面的行为?

泡沫稳定性是指泡沫在一段时间内保持其结构和抵抗坍塌的能力。了解泡沫的稳定性对于各种工业应用都很重要,比如食品和饮料生产、化妆品制造以及石油和天然气开采。水泡沫,即气体在水中的分散体,最常用于配方中。然而,这些体系在热力学上是不稳定的,它们突破了几种脱泡机制,如蒸发、粗化或奥斯特瓦尔德熟化、液体排出和聚结。传统上,表面活性剂、聚合物或它们的混合物被用来稳定泡沫。虽然它们确实提供了良好的起泡性,但长期泡沫稳定性可能是一个问题。因此,研究人员研究了其他方法,纳米颗粒(NP),特别是表面活性剂-纳米颗粒复合材料表现出优异的长期泡沫稳定性。不同表面活性物质的起泡势在很大程度上取决于它们在气-水界面上的行为。

用朗缪尔槽和界面剪切流变仪研究了泡沫的起泡势和气泡稳定性

为了研究表面活性物种在界面处的行为,朗缪尔槽被证明是一个强有力的工具。分子通常分布在空气-水界面,通过压缩单层来控制其堆积密度。表面活性剂分子是常用的稳定剂,它具有亲水性和疏水性,有利于其在界面处的吸附。纳米颗粒通常用表面活性剂修饰以改变其润湿性,从而促进其在界面上的吸附。为了研究纳米颗粒的吸附强度,可以研究朗缪尔等温线。对于强吸附的NPs,界面处的堆积密度会随着压缩而增加,这可以从表面压力区等温线斜率的变化中看出。相比之下,滞留率低的NPs很容易在压缩条件下从气-水界面移出,导致横向压缩阻力可以忽略不计,这可以从表面压力没有增加中得到证明。因此,通过测量特定NPs的表面压力-面积等温线,可以直接预测特定NPs的起泡潜力。

为了更深入地了解界面上的NP行为,了解界面膜结构是至关重要的。np负载界面的结构往往会影响薄膜的流变性能,对泡沫的稳定性有重要影响。这种结构可以通过压缩薄膜来精确控制,同时使用朗缪尔槽监测表面压力。使用界面剪切流变仪,Langmuir槽可以很容易地与界面剪切流变测量相结合。界面剪切流变学研究材料在受到应力或载荷时的流动或变形。将Langmuir槽与界面剪切流变学相结合,可以研究结构与流变学之间的关系。最近的研究表明,除非所施加的载荷超过界面膜的剪切屈服应力,否则接触气泡或液滴不会合并。界面剪切粘弹性已被证明与气泡粗化相关,高表面弹性有助于稳定界面,防止气泡聚结。

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于凯,李波,张海辉,王志忠,张伟,王东东,徐海红,王俊杰,潘杰,纳米复合材料在空气-水界面的作用:基于水泡沫的轻质功能材料,化学工程学报,416 (2021)129121https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129121

于凯,张海红,S. Biggs, Z. Xu, oj . Cayre, D. Harbottle,聚乙烯基吡罗烷酮涂层二氧化硅纳米颗粒在空气-水界面上的流变性,胶体与界面科学杂志(2018),doi:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.05.035

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