泡沫是氣體分散于液體中的多相分散體系，氣體是分散相，液體是分散介質。以水作為分散介質的泡沫稱為水基泡沫。水基泡沫具有無毒、無污染、持續時間長、泡沫豐富、不燃爆、安全性高及使用成本低等優點，在生產、運輸、貯存和使用過程中有其獨到的安全性[1,2]。水基泡沫技術目前主要應用在石油的二次和三次開采、泡沫滅火、礦業泡沫浮選、疏松食品中的起泡和穩泡、釀造工業、廢水處理、土壤凈化、洗滌和軍事遮蔽偽裝等方面。近年來，我國非常重視對泡沫的研究與應用[3-6]，但當前對水基泡沫的研究主要集中在提高泡沫的發泡能力、攜液能力及增強泡沫的穩定性上，對于超長穩定時間的泡沫研究甚少。作者在研究泡沫穩定機理的基礎上進行了高穩定性水基泡沫液的研究工作。
1 實驗部分
1．1原料
十二烷基硫酸鈉(SDS)、十六醇、十二醇、十二烷基氧化叔胺、果膠、明膠、羧甲基纖維素(CMC)、苯丙乳液、水玻璃，均為市售工業級。
1．2實驗方法
配制好100 mL發泡液體，加入攪拌杯中，高速攪拌5 min后停止，再把泡沫移入到
1．3水基泡沫性能的評價方法
起泡力：將100 mL起泡液發出的泡沫倒入量筒中測量泡沫體積v，作為起泡液的起泡力。
穩定性：記錄上述泡沫體積衰減一半所需的時間，稱為泡沫的半衰期(t1/2v)，以衡量泡沫的穩定性。t1/2v越長，表明泡沫液的穩定性越好。
2結果與討論
2．1泡沫液配方的實驗篩選
2．1．1發泡劑和穩泡劑的篩選
水基泡沫體系一般由水、起泡劑、穩泡劑組成。起泡劑一般為表面活性劑，其作用是降低溶液的表面張力，使起泡變得容易，并吸附在氣泡外面的液膜表面上，形成較牢固的膜，以增加泡沫壽命。穩泡劑的作用是提高表面液膜的黏度和彈性，增強表面膜的機械強度，延緩膜中液體排液速度，從而穩定泡沫。大量研究資料表明，陰離子表面活性劑具有低的表面張力，有良好的起泡性能，其中SDS不僅發泡性好，而且價格便宜，來源豐富，因而選擇SDS作為發泡劑。常用的穩泡劑有氧化胺和高級脂肪醇，其中SDS和高級脂肪醇配伍性較好[7]，泡沫穩定時間長，因而選擇代表性的十六醇和十二醇進行研究比較。20℃下各種復配實驗結果見表l。
表1 SDS與脂肪醇的加量對泡沫性能的影響
Tab．1 Effect of amount of SDS and aliphatic alcohol on performaflce of foam
從表l可以看出，無論與哪種醇復配，SDS的質量分數對起泡能力影響都較大。隨著SDS質量分數的增加，起泡能力達到最大后又降低。這是由于當表面活性劑濃度小于臨界膠束濃度時，隨著濃度的增加，溶液的表面張力減小，發泡力增強；當濃度高于臨界膠束濃度時，溶液的表面張力不再減小，甚至會稍微增大；而當濃度增加到一定程度時，形成的泡沫含液量減少，脆性增加，泡沫反而會變得不穩定。SDS與脂肪醇復配后，泡沫的起泡力和穩定性都很好。這是因為加入脂肪醇后，醇分子本身的碳氫鏈周圍有“冰山”結構，醇分子參與表面活性劑膠團形成的過程是容易自發進行的自由能降低的過程，溶液中醇的存在就使膠團容易形成，臨界膠束濃度降低，起泡力增加。脂肪醇的加入不僅可以減慢泡沫內部的排液速度，還可以減慢靠近液膜的排液速度，從而增加泡沫的穩定性。兩種醇中，十六醇與SDS的復配效果較十二醇好，在SDS 2．0％，十六醇1．5％的質量分數下，泡沫的穩定性可達21 h以上。實驗中還發現，未加穩泡劑時，起泡劑產生的泡沫表層松散，單個泡沫體積較大，較易破滅；加穩泡劑后，泡沫表層致密，表面彈性增加，單個泡沫體積均勻細小，泡沫較難破滅，泡沫壽命顯著延長。
2．1．2增黏劑對水基泡沫穩定性的影響
由于氣、液相對密度和界面兩側的壓差，引起氣泡間的液體在壓力下總是不斷地被排出，液膜逐漸變薄而導致氣泡破滅。為增加泡沫的穩定性，應適當增大氣泡間液體的體相黏度，以使泡膜內液體既不易流失，減慢排液速度，又使氣體在液膜中的溶解度降‘低。可在發泡液中適當加入能增加黏度的物質，但發泡液黏度太大，又會影響發泡液的發泡性能。因此，合適的增黏劑及加入量尚需作進一步的實驗篩選。皂素、蛋白質及其他類似物質的分子間的羧基和羰基問有形成氫鍵的能力，因而有很高的表面黏度，能形成很穩定的泡沫。實驗考察了果膠、明膠、CMC等作為增黏劑與SDS和十六醇進行復配后對泡沫穩定性的影響，結果發現CMC的加入對體系的穩定性有很大的提高。為進一步確定增黏劑在復配體系中的用量，在固定SDS質量分數為2．0％，十六醇質量分數為l．5％的情況下，改變CMC的質量分數在
表2 CMC的加量對泡沫穩定性的影響
Tab．2 Effect of amount of CMC on foam stability
CMC是常用的增黏劑，其增黏機理是疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵締合，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動的空問，從而提高了體系黏度。由表2可以看出，泡沫的穩定性開始隨著CMC質量分數的增加而增加，但當CMC的質量分數大于2．O％，泡沫的穩定性反而減小。主要原因是體系的黏度增大到一定程度后，空氣難于進入液相內部與表面活性劑充分接觸，使得發泡不充分和不均勻，泡沫大小不均，增加了已發泡沫的表面承受力，泡沫穩定性降低。所以，CMC在水基泡沫液中的較佳質量分數為2．0％。
2．1．3成膜劑對水基泡沫穩定性和成型性的影響
加入CMC后，泡沫的t1/2v可提高到67 h，但新泡沫在輕微的外界力作用下很快就破裂，排液完的干泡沫也比較稀疏，容易變形。為了進一步提高泡沫穩定性，改善干泡沫的性能，考慮在基本發泡液中加入一些成膜物質。因為液相黏度僅為輔助因素，若不形成表面膜，液相黏度再大，也不能形成穩定的泡沫。起泡劑和泡沫穩定劑在膜面的吸附密度與表面膜彈性密切相關，吸附于表面膜氣一液界面的表面活性劑分子之間相互作用力大，則表面黏度高，膜強度也高，如表面活性劑分子之間形成高強度的混合膜，則能使液膜表面黏度增高，從而使泡沫穩定性大大提高[7]。
選擇的成膜劑有聚合物苯丙乳液和水玻璃，在
表3成膜劑對水基泡沫穩定性和成膜性的影響
Tab．3 Effect of film forming agent on stability and film forming property of foam system
從表3可以看出，在復配基本發泡液SDS2．0％，十六醇1．5％，CMC 2．0％中加入水玻璃5．0％，苯丙乳液3．O％發得的新泡沫，V=2400 mL，t1/2v =96 h，泡沫性能明顯改善，成膜性好，抗外界力提高。乳液具有良好的水溶性，不僅能提高液相黏度，阻止液膜排液，同時還能形成強度高的膜。乳液成膜機理是隨著分散介質揮發的同時產生高聚物粒子的接近、接觸、擠壓變形而聚集起來，最后由粒子狀態的聚集變成分子狀態的聚集而形成連續的膜。水玻璃的加入也可以增加乳液的成膜性和耐水性。因此它們有較好的穩泡作用。圖l中a是泡沫新發出時的照片，b是泡沫存放96 h后的照片。
圖1 泡沫存放前后的照片
Fig．1 Photo of foam newly generated and maintained for 96 h
從圖l中a和b可以看出，新發出的泡沫發泡量大，定型好；泡沫放置96 h后仍具有良好的形狀。由此可以得到高穩定性水基泡沫液的較佳復合配方為：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％。此條件下l00 mL泡沫液最大發泡倍數為24倍。
2．2溫度對復合泡沫液發泡能力和穩定性的，影響
實驗過程中發現成膜劑等助劑加入后，穩定性明顯增加，但發泡液的發泡溫度對發泡能力有較大的影響，結果見表4。
表4溫度對復合發泡液發泡能力和穩定性的影響
Tab．4 Effect of temperature on foaming power and foamstability of foam liquid
由表4可知，當發泡溫度t<
3 結論
1)發泡劑SDS與十六醇復配具有較好的發泡性和穩泡性，在水基泡沫液中適當添加增黏劑羧甲基纖維素和成膜劑苯丙乳液等可明顯提高泡沫的穩定性和成型性。發泡溫度對泡沫液的發泡能力有較大的影響，實驗條件下泡沫液較佳發泡溫度為
2)高穩定性水基泡沫液的較佳復合配方(w／％)為：SDS 2．0、十六醇l．5、CMC 2．0、水玻璃5．0、苯丙乳液3．0。
3)復配出的泡沫液，其最大發泡倍數達到24倍，泡沫的穩定性為t1/2v =96 h，泡沫表面細密，成型性好，有一定的耐水性，可抗輕微的外界力。
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