Teoría básica de los tensioactivos (2)
La espuma desempeña un papel importante en el proceso de lavado. La espuma es un sistema de dispersión de gas disperso en líquido o sólido, con el gas como fase dispersa y el líquido o sólido como medio dispersante. El primero se denomina espuma líquida, mientras que el segundo se denomina espuma sólida, como la espuma, el vidrio espumoso, el cemento espumoso, etc.
I. La formación de la espuma. La espuma que se trata aquí se refiere a los agregados de burbujas separadas por una película líquida. Esta espuma se debe a la gran diferencia de densidad entre la fase dispersa (gas) y el medio dispersante (líquido), junto con la baja viscosidad del líquido, por lo que las burbujas siempre pueden ascender rápidamente a la superficie del líquido. El proceso de formación de la espuma consiste en introducir una gran cantidad de gas en el líquido, las burbujas en el líquido y volver rápidamente a la superficie del líquido, formando agregados de burbujas separados por una pequeña cantidad de gas líquido.
La espuma presenta dos características significativas: en primer lugar, como la fase dispersa de la burbuja suele tener forma poliédrica, esto se debe a que, en la intersección de la burbuja, tiende a adelgazarse la película líquida, de modo que la burbuja se vuelve poliédrica y, cuando la película líquida se adelgaza hasta cierto punto, se produce la ruptura de la burbuja; en segundo lugar, el líquido puro no puede formar una espuma estable, el líquido puede formar una espuma si tiene al menos dos o más componentes. La solución acuosa de un tensioactivo es un sistema típico que genera espuma con facilidad, y su capacidad para generar espuma también está relacionada con otras propiedades.
Los tensioactivos con buen poder espumante se denominan agentes espumantes. Aunque el agente espumante tiene una buena capacidad espumante, la espuma formada no tiene por qué mantenerse durante un periodo de tiempo prolongado, es decir, su estabilidad no es necesariamente buena. Para mantener la estabilidad de la espuma, a menudo se añaden al agente espumante sustancias que aumentan la estabilidad de la espuma, denominadas estabilizadores. Los estabilizadores más utilizados son la lauroil dietanolamina y el óxido de dodecil dimetilamina.
En segundo lugar, la estabilidad de la espuma. La espuma es un sistema termodinámicamente inestable, cuya tendencia final es romper la burbuja después de que se reduzca la superficie total del líquido en el sistema y se reduzca la energía libre. El proceso de desespumado consiste en la separación de la película líquida que separa el gas, de espesa a fina, hasta que se produce la ruptura. Por lo tanto, el grado de estabilidad de la espuma viene determinado principalmente por la velocidad de descarga del líquido y la resistencia de la película líquida. Sus factores de influencia son también los siguientes.
1、Tensión superficial. Desde el punto de vista energético, una tensión superficial baja es más favorable para la formación de espuma, pero no garantiza la estabilidad de la espuma. Cuanto menor es la tensión superficial, menor es la diferencia de presión, más lenta es la velocidad de descarga y más lenta es la reducción del espesor de la película líquida, lo que favorece la estabilidad de la espuma.
2、Viscosidad superficial. El factor clave para determinar la estabilidad de la espuma es la resistencia de la película líquida, y la resistencia de la película líquida viene determinada principalmente por la solidez de la película de adsorción superficial, medida por la viscosidad superficial. La espuma generada por la solución con mayor viscosidad superficial tiene una vida más larga. Esto se debe a que la interacción entre las moléculas de adsorción superficial provoca un aumento de la resistencia de la película, lo que aumenta la vida de la espuma.
3、Viscosidad de la solución. Cuando aumenta la viscosidad del líquido, el líquido de la película líquida no se descarga fácilmente, el espesor de la película líquida se reduce más lentamente, lo que retrasa el tiempo de ruptura de la película y aumenta la estabilidad de la espuma.
4、El efecto «reparador» de la tensión superficial. El tensioactivo adsorbido en la superficie de la película líquida tiene la capacidad de resistir la expansión o contracción de la superficie de la película líquida, lo que se denomina efecto reparador. Debido a que hay un tensioactivo adsorbido en la superficie de la película líquida, la expansión de su superficie reducirá la concentración de moléculas adsorbidas en la superficie y aumentará la tensión superficial. Una mayor expansión de la superficie requerirá un mayor trabajo. Por el contrario, la contracción de la superficie aumentará la concentración de moléculas de adsorción superficial, es decir, reducirá la tensión superficial, lo que no favorece una mayor contracción.
5, la difusión de gas a través de la película líquida. Debido a la existencia de la presión capilar, la presión de la burbuja pequeña en la espuma es mayor que la presión de la burbuja grande, lo que hará que el gas de la burbuja pequeña se difunda a través de la película líquida hacia la burbuja grande de baja presión, dando lugar al fenómeno de que la burbuja pequeña se hace más pequeña y la burbuja grande se hace más grande, y finalmente la espuma se rompe. Si se añade surfactante, la espuma será uniforme y fina y no será fácil de desespumar. Como el tensioactivo está dispuesto de forma compacta en la película líquida, es difícil que respire y la espuma es más estable.
6. El efecto de la carga superficial. Si la película líquida de espuma tiene la misma carga simbólica, las dos superficies de la película líquida se repelerán entre sí, evitando que la película líquida se adelgace o incluso se destruya. Los tensioactivos iónicos pueden desempeñar esta función estabilizadora.
En tercer lugar, la destrucción de la espuma. El principio básico de la destrucción de la espuma es cambiar las condiciones de generación de la espuma o eliminar los factores estabilizadores de la espuma. Existen dos tipos de métodos desespumantes físicos y químicos. La desespumación física consiste en mantener la composición química de la solución espumosa en circunstancias en las que cambian las condiciones de generación de la espuma, como perturbaciones externas, cambios de temperatura o presión, y el tratamiento ultrasónico es un método físico eficaz para eliminar la espuma. El método químico de desespumación consiste en añadir determinadas sustancias y agentes espumantes para reducir la resistencia de la película líquida de la espuma y, de este modo, reducir la estabilidad de la espuma y lograr el objetivo de desespumar. Estas sustancias se denominan antiespumantes. La mayoría de los antiespumantes son tensioactivos. Por lo tanto, según el mecanismo de acción de la desespumación, el antiespumante debe tener una gran capacidad para reducir la tensión superficial, ser fácil de adsorber en la superficie y la interacción molecular de la adsorción superficial debe ser débil, con las moléculas de adsorción dispuestas en una estructura más relajada.
Existen varios tipos de antiespumantes, pero básicamente todos son tensioactivos no iónicos. Los tensioactivos no iónicos tienen propiedades antiespumantes cerca o por encima del punto de enturbiamiento y se utilizan a menudo como antiespumantes. Los alcoholes, especialmente los alcoholes con estructura ramificada, los ácidos grasos y los ésteres de ácidos grasos, las poliamidas, los ésteres de fosfato, el aceite de silicona, etc., también se utilizan comúnmente como excelentes antiespumantes.
En cuarto lugar, la espuma y el lavado. No existe una relación directa entre la espuma y el efecto de lavado, y la cantidad de espuma no indica si el efecto de lavado es bueno o malo. Por ejemplo, el rendimiento espumante de los tensioactivos no iónicos es muy inferior al del jabón, pero su detergencia es mucho mejor que la del jabón. En algunos casos, la espuma puede ser útil para eliminar la suciedad. Por ejemplo, al lavar los platos en casa, la espuma del detergente puede eliminar las gotas de aceite; al fregar las alfombras, la espuma ayuda a eliminar el polvo, el polvo y otras suciedades sólidas. Además, la espuma puede utilizarse a veces como indicador de la eficacia del detergente, ya que los aceites grasos tienen un efecto inhibidor sobre la espuma del detergente y, cuando hay demasiado aceite y muy poco detergente, no se genera espuma o la espuma original desaparece. La espuma puede utilizarse a veces como indicador de si el aclarado es limpio, ya que la cantidad de espuma en la solución de aclarado tiende a disminuir con la cantidad de detergente, por lo que la cantidad de espuma puede utilizarse para evaluar el grado de aclarado.
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