摘要
泡沫體(tǐ)系在食品、清潔産(chǎn)品、衛生和健康行業中(zhōng)經常被應用(yòng)，也常用(yòng)于建築材料(隔熱和隔音、減震器)或航空航天/汽車(chē)領域的輕型材料中(zhōng)。另一方面，在某些情況下，泡沫是不受歡迎的子産(chǎn)品，必須加以限制(造紙、印刷)。由于泡沫不穩定現象的多(duō)樣性，測量和分(fēn)析泡沫仍然是一個挑戰。本說明展示了基于SMLS的Turbiscan技(jì )術，科(kē)學(xué)地表征泡沫穩定性：泡沫高度，泡沫大小(xiǎo)，發泡能(néng)力…
定義
泡沫，是聚在一起的許多(duō)小(xiǎo)泡。由不溶性氣體(tǐ)分(fēn)散在液體(tǐ)或熔融固體(tǐ)中(zhōng)所形成的分(fēn)散物(wù)系。表面活性劑吸附在氣泡表面，以減少界面張力(氣泡/片層)，并且對起泡性、泡沫穩定性和發泡質(zhì)量起重要作(zuò)用(yòng)。
起泡性取決于表面活性劑的性質(zhì)、濃度、連續相粘度。起泡性(産(chǎn)生的泡沫量)和泡沫的穩定性是兩個要考慮的獨立屬性。泡沫失穩過程主要有(yǒu)三個方面：
泡沫聚并---泡沫中(zhōng)分(fēn)開兩個氣泡的薄膜破裂
奧氏熟化---由于拉氏壓差的存在，最小(xiǎo)的氣泡通過液膜擴散到較大的氣泡中(zhōng)
排水作(zuò)用(yòng)---液體(tǐ)從液膜中(zhōng)流走
這些現象往往結合在一起，随着時間的推移，氣泡的尺寸增加，排水作(zuò)用(yòng)進一步促進了聚并，液體(tǐ)和氣體(tǐ)之間相分(fēn)離。Turbiscan®是研究泡沫精(jīng)确可(kě)靠的工(gōng)具(jù)，可(kě)以獲得發泡過程中(zhōng)的泡沫高度和失穩現象随時間的變化。
儀器原理(lǐ)
基于靜态多(duō)光散射(SMLS)的Turbiscan技(jì )術的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)是利用(yòng)近紅外光源照射樣品，然後獲取樣品從底部到頂部整個高度的背散射(BS)和透射(T)信号。
信号強度與粒子的濃度(φ)和大小(xiǎo)(𝒅)有(yǒu)關，連續相折射率(𝒏𝒇)和分(fēn)散相折射率(𝒏𝒑)為(wèi)固定參數。BS和T的測量可(kě)以采用(yòng)掃描方式進行，以提供穩定性和粒徑測量。
應用(yòng)案例
泡沫高度——一次掃描
下圖顯示了發泡過程(30秒(miǎo))後的次掃描。隻需30秒(miǎo)，Turbiscan就能(néng)提供有(yǒu)關起泡性的信息---泡沫高度以及初始氣泡大小(xiǎo)。
區(qū)域(1)：樣品底部-透射光信号
透射光的信号峰對應于瓶子底部的水相
區(qū)域(2)：樣品的頂部和中(zhōng)部-背散射光信号
背散射光的信号峰來自于氣泡的散射。泡沫高度很(hěn)容易測量(27.4毫米)。由于已知初始液體(tǐ)高度，就可(kě)以很(hěn)容易地确定發泡性(泡沫體(tǐ)積/初始液體(tǐ)體(tǐ)積)以及初始氣泡大小(xiǎo)(這裏是450 μm)
泡沫穩定性——随時間多(duō)次掃描
随着時間的推移，重複掃描樣品，以研究泡沫參數的演變，如氣泡大小(xiǎo)、泡沫損失、氣泡合并率。下圖是Turbiscan在30分(fēn)鍾的實驗中(zhōng)檢測到的泡沫的演變，次掃描為(wèi)藍色，最後一次掃描為(wèi)紅色。
區(qū)域(1)：樣品底部-透射光信号
左圖底部傳輸信号增加，對應于樣品底部水相澄清度的增加，峰的寬度增加對應于分(fēn)水體(tǐ)積的增加。
區(qū)域(2)：樣品中(zhōng)間-背散射信号
随着時間的推移，背散射信号随着氣泡尺寸的增大而減小(xiǎo)，即氣泡的聚并。
區(qū)域(3)：樣品頂部-透射光信号
峰出現在右側，并從右側向左側發展。這與泡沫破裂相對應，泡沫體(tǐ)積逐漸縮小(xiǎo)，導緻高度降低。
實際應用(yòng)
1. 使用(yòng)T-MIX模塊或DNS型号直接測量發泡能(néng)力
上表是三個表面活性劑在相同的攪拌速度下發泡能(néng)力的評價。表面活性劑A比表面活性劑B和C産(chǎn)生的泡沫更多(duō)。
2. 氣泡直徑
基于Mie理(lǐ)論，Turbiscan®能(néng)夠計算氣泡的平均直徑随時間的變化，并且不需要任何樣品準備。
通過計算斜率，可(kě)以很(hěn)容易地得到氣泡的聚并速率:
與表面活性劑A相比，表面活性劑B和C的初始氣泡大小(xiǎo)不同(約430μm vs 630μm)，泡沫質(zhì)量不同。此外，表面活性劑C構成的泡沫的聚結速度最慢。
3. 泡沫穩定性和半衰期
從上圖中(zhōng)可(kě)以确定泡沫的初始量和泡沫損失的速度(曲線(xiàn)的斜率)，從而很(hěn)容易評估泡沫的穩定性。
注：泡沫穩定性可(kě)以用(yòng)泡沫半衰期來表示。半衰期被定義為(wèi)初始泡沫體(tǐ)積/高度的一半坍塌所需的時間，使用(yòng)這種技(jì )術可(kě)以很(hěn)容易地确定。
4.排水速度
随着時間的推移，底部液相逐漸增高，稱為(wèi)排水。通過跟蹤樣品底部透射峰随時間變化的厚度，可(kě)以精(jīng)确而快速地測量該厚度:
表面活性劑C産(chǎn)生的泡沫排水速度最慢，這必然與泡沫的初始大小(xiǎo)和泡沫的穩定性有(yǒu)關。
結論
使用(yòng)SMLS技(jì )術可(kě)以科(kē)學(xué)地測量起泡性，泡沫大小(xiǎo)和泡沫穩定性。所有(yǒu)的數據都可(kě)以總結在雷達圖中(zhōng)，以便比較不同的配方，選擇的配方。
表面活性劑B在所有(yǒu)參數上都被表面活性劑A和C所超越，可(kě)以認為(wèi)是效率最低的發泡劑。對于泡沫的産(chǎn)生，表面活性劑A是最合适的發泡劑，它産(chǎn)生的泡沫量最多(duō)，但泡沫不如表面活性劑C産(chǎn)生的泡沫細膩和穩定。因此，為(wèi)了穩定和最好的泡沫質(zhì)量，表面活性劑C是的表面活性劑。
客服1