泡沫助劑是指在泡沫染整體系中維持合適的發(fā)泡比以及泡沫穩(wěn)定性的助劑。分析了泡沫產(chǎn)生與泡沫穩(wěn)定的原理，介紹了發(fā)泡劑與穩(wěn)泡劑的種類以及兩者在實(shí)際應(yīng)用中的作用和效果，同時(shí)提出了待解決的問題。不同的泡沫助劑在不同體系中的效果不同，通過控制泡沫半衰期和發(fā)泡比，能夠應(yīng)用在不同的加工工藝中，并實(shí)現(xiàn)滿意的處理效果。

泡沫發(fā)生以及破裂機(jī)理

泡沫是空氣分散在水中形成的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。泡沫的薄液膜表面能很高，根據(jù)熵增加原理，泡沫破裂是一個(gè)自發(fā)過程，能量逐漸降低，體系逐漸穩(wěn)定。在泡沫染整過程中，需要嚴(yán)格控制泡沫的發(fā)泡比以及泡沫半衰期，以滿足工藝要求。通過研究泡沫的生成與破裂機(jī)理，進(jìn)一步選擇合適的染化料助劑。

泡沫發(fā)生機(jī)理

泡沫的發(fā)生是在外力（機(jī)械攪拌、剪切等）作用下將氣體分散于水中，構(gòu)成氣-液混合分散體，液體的表面張力越小越容易起泡。混合液中的氣體是指空氣、一氧化碳等。產(chǎn)生泡沫必須具備3個(gè)條件：（1）氣體和液體的混合充分且連續(xù)；（2）氣體和液體之間存在密度差，以形成泡沫聚集體；（3）足夠小的表面張力。純水的表面張力為72.8 mN/m（19.7℃），不足以達(dá)到發(fā)泡要求，因此在泡沫產(chǎn)生過程中需要加入適當(dāng)?shù)闹鷦┮詼p小水的表面張力，使之容易起泡，這種助劑被稱為發(fā)泡劑。同時(shí)，泡沫施加器帶有攪拌或者剪切等裝置，能夠?qū)怏w快速地分散到液體中形成泡沫。

泡沫破裂機(jī)理

泡沫破裂涉及液膜的排液以及氣體的擴(kuò)散，其中排液又分為重力排液和壓力排液。重力排液是液體在重力作用下產(chǎn)生的排液現(xiàn)象，上層液膜的厚度降低，液膜變薄，使泡沫變得不均勻從而容易破裂。一般來說，隨著排液的進(jìn)行，液膜厚度變薄，排液速度減慢。在泡沫體系中，氣體與氣體之間存在一層液膜，在液膜的擠壓下形成不同的形狀，從截面上觀察一般為蜂窩狀，從而在氣液界面上形成Plateau界面。根據(jù)Laplace方程，在不同位置受到的壓力不同，因此液膜中的液體會(huì)在這種壓力差的影響下發(fā)生轉(zhuǎn)移，使得局部液膜變薄，從而消泡。在一個(gè)泡沫體系中，泡沫的大小存在差別，因此泡沫內(nèi)氣體的壓力也有所不同，隨著氣泡的增大而減小。氣體會(huì)從小氣泡擴(kuò)散到大氣泡中而消泡，隨著氣泡逐漸變大，液膜進(jìn)一步變薄，最終導(dǎo)致泡沫破裂。能夠減緩泡沫破裂的助劑被稱為穩(wěn)泡劑。

發(fā)泡劑的作用及類型

發(fā)泡劑在泡沫染整中的主要作用：（1）降低表面張力，在泡沫染色過程中形成的泡沫是多邊形的泡沫體系，即在泡沫交界處為Plateau邊界，由Laplace方程可知液膜內(nèi)外壓力差（ΔP）與整個(gè)體系中的泡沫直徑和表面張力有關(guān)，降低表面張力可以降低ΔP，從而減緩液膜的排液，以達(dá)到穩(wěn)定泡沫的目的；（2）增加液膜的表面黏度，發(fā)泡劑會(huì)在氣-液界面產(chǎn)生吸附，增加表面黏度，從而減緩泡沫液的流動(dòng)，使重力排液或者壓力排液的速度都減慢，同時(shí)發(fā)泡劑的這種吸附作用可以阻止泡沫內(nèi)的氣體向外排出；（3）賦予液膜自修復(fù)性，當(dāng)液膜受到力的作用發(fā)生變形時(shí)，發(fā)泡劑濃度減小，表面張力增大，從低能量狀態(tài)到高能量狀態(tài)需要做更大的功，并且溶液中的表面活性劑會(huì)向濃度低的部分再吸附，從而達(dá)到自修復(fù)目的；（4）增加表面電荷，在離子型發(fā)泡劑的作用下，液膜表面會(huì)積累電荷，由于所帶電荷相同，液膜與液膜之間存在靜電斥力，可以阻止泡沫合并，減緩泡沫破裂。

目前常用的發(fā)泡劑有陰離子、非離子、陽離子、兩性離子、聚合物以及復(fù)合型發(fā)泡劑等。綜合分析各類發(fā)泡劑的起泡性能、泡沫半衰期、貨源和價(jià)格等，陰離子型和非離子型的發(fā)泡劑使用較多，而兩性型和陽離子型的發(fā)泡劑則很少使用，通常在調(diào)節(jié)發(fā)泡劑性能（如提高發(fā)泡劑的發(fā)泡效率）時(shí)才會(huì)使用。

陰離子型發(fā)泡劑

在泡沫染整中，常用的陰離子型表面活性劑有烷基羧酸鹽（RCOOM）、烷基硫酸酯鹽（ROSO3M）、烷基磷酸酯鹽（ROPO3M）、烷基磺酸鹽（RSO3M）等。其中，烷基羧酸鹽價(jià)格低，但發(fā)泡能力、耐硬水能力差，易受pH變化的影響，屬于最早開發(fā)使用的表面活性劑之一。由于該類表面活性劑對(duì)水質(zhì)的要求比較高，在泡沫染整中一般不單獨(dú)使用。烷基硫酸酯鹽類發(fā)泡劑的發(fā)泡性能優(yōu)異，且泡沫均勻穩(wěn)定，具有代表性的是十二烷基硫酸鈉（SDS），但這類發(fā)泡劑的溶解性稍差，不易配成高濃度體系，尤其是與一些抑制發(fā)泡物質(zhì)混用時(shí)發(fā)泡能力提升受限。烷基磷酸酯鹽類發(fā)泡劑對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性好，但發(fā)泡性能不理想。十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）作為一種常用的發(fā)泡劑，同樣具有優(yōu)異的發(fā)泡性能，且相對(duì)于SDS溶解性更好，抗鈉、鎂等離子能力強(qiáng)，能夠在不同pH下使用，同時(shí)價(jià)格適中，但含有支鏈的這類發(fā)泡劑生物降解性差，可選用直鏈型。

非離子型發(fā)泡劑

非離子型發(fā)泡劑由于本身不帶電荷，受水質(zhì)中鈉、鎂等金屬離子的影響小，在酸性、堿性體系中都可以使用。非離子型發(fā)泡劑一般分子質(zhì)量都比較高，這種大分子結(jié)構(gòu)能提高黏度，產(chǎn)生的泡沫不易破裂，泡沫半衰期長，一般分為3類：（1）聚氧乙烯醚型發(fā)泡劑，其中脂肪醇類聚氧乙烯醚使用較多，由脂肪酸或烷基醇胺類化合物縮合而成，具有較好的發(fā)泡性能，能夠用于泡沫染整，但近幾年烷基酚類由于毒性以及生物降解性差等原因逐漸被禁用；（2）多元醇型發(fā)泡劑，如山梨糖醇、蔗糖等發(fā)泡性能差，難以單獨(dú)使用；（3）聚合物型發(fā)泡劑，多為聚氧乙烯、聚氧丙烯類物質(zhì)，這類非離子型發(fā)泡劑分子質(zhì)量大，體系黏度高，泡沫穩(wěn)定性好。

相對(duì)于陰離子型表面活性劑，非離子型表面活性劑具有較高的耐硬水能力、較好的泡沫穩(wěn)定性等，且與其他助劑的相容性好，不受離子電荷的影響。但由于分子質(zhì)量大，沒有水溶性基團(tuán)，在水中溶解速度慢，在使用過程中要加入適量助溶性助劑。由于非離子型表面活性劑在水中以氫鍵的形式結(jié)合，在高溫下氫鍵斷裂導(dǎo)致析出，使用溫度不宜超過濁點(diǎn)。

陽離子型發(fā)泡劑

陽離子型發(fā)泡劑主要有季銨鹽類、雜環(huán)類、胺鹽類，易受pH變化的影響，且發(fā)泡比相對(duì)較低，泡沫半衰期短，一般不能直接作為發(fā)泡劑使用。某些種類的陽離子型表面活性劑本身有一定毒性，會(huì)對(duì)皮膚、黏膜造成傷害，對(duì)人體存在危害，達(dá)不到紡織品服用要求。

兩性型表面活性劑有甜菜堿型、氨基酸型、卵磷脂型等。該類表面活性劑比較溫和，適用于多種工作環(huán)境，多用于高級(jí)沐浴液、洗手液等護(hù)膚清潔用品，但是價(jià)格比較高，在泡沫染整中使用成本過高，很少應(yīng)用。

復(fù)配型發(fā)泡劑

目前市場上大多數(shù)商品化的發(fā)泡劑都為復(fù)配型。這類發(fā)泡劑由兩種或多種發(fā)泡劑混合而成，其中多為陰離子型和非離子型發(fā)泡劑復(fù)配。這兩種類型的發(fā)泡劑具有協(xié)同作用，非離子型發(fā)泡劑的加入作為一種插入分子，能夠減弱陰離子型發(fā)泡劑分子間的靜電作用力，有效地降低表面張力，同時(shí)非離子型發(fā)泡劑能夠增加體系黏度，使泡沫不易破裂，提高穩(wěn)定性。此類表面活性劑對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性比較好，可用于泡沫染整液中的復(fù)雜體系。