摘要
水相泡沫在日常生活中和许多工业领域中都有广泛的应用，但水相溶剂本身的性质决定了其难以形成稳定的泡沫，其结构会随着时间的推移而发生变化，低表面张力有利于泡沫的形成，界面膜的强度决定了泡沫的稳定性。纳米SiO2颗粒在发泡及稳泡领域存在巨大的潜力，降低溶剂的表面张力，抑制气泡破裂和减小气泡大小，增加泡沫的稳定性；且纳米SiO2颗粒可控性强，通过合适的合成方法和条件，可有效地控制其粒径、形貌和结构，但目前对纳米SiO2颗粒稳定水相泡沫排液行为的研究并不完善。因此，本文对纳米SiO2颗粒进行粒径和表面润湿性调控，宏观与微观结合的方式观察水相泡沫排液过程，测定排液曲线，分析纳米SiO2颗粒稳定水相泡沫的机理，为水相溶剂泡沫体系的制备及稳定提供有价值的数据。主要研究结果如下： （1）纳米SiO2颗粒粒径与表面润湿性得到调控。种子分散体TEOS的量与加入TEOS量的比例0增加到3时，所得产物的尺寸从14 nm增加到80 nm，颗粒尺寸保持均匀，达到粒径调控的要求；改性剂HMDS与SiO2摩尔质量比的增加，纳米SiO2颗粒的表面润湿性呈递增趋势，当HMDS与SiO2摩尔质量比为0.25时，表面润湿性达到最大为132.50°。 （2）纳米SiO2颗粒可改变水相溶剂的表面张力与粘度。当纳米SiO2颗粒表面润湿性为90.50°、粒径20 nm、配制质量分数为9%的分散液，其表面张力降至最低值，最低为35.40 mN/m，黏度增至最大，最大为2.09 mPa·s，且此条件下水相溶剂发泡性能最佳，发泡高度达到最大为16.15 cm。 （3）泡沫排液是一个复杂的过程，不同表面润湿性、粒径、浓度稳定水相泡沫体系的排液过程类似，先出现平缓的一段慢速排液，随后急速下降的快速排液，最后又趋于平缓，排液过程可分为三个阶段：排液初期、排液中期以及排液末期。排液初期排液缓慢，稳定的时间较短约20-30 min，排液中期快速排液，约在80 min结束；但纳米SiO2颗粒表面润湿性为97.25°、粒径20 nm、浓度9%时，排液初期时间较久可达40 min，在90 min排液再一次缓慢进入排液末期。 （4）泡沫层气泡结构会随泡沫层的高度和时间发生变化。在泡沫层初形成0 min时，接近水相溶剂的泡沫粒径较小，气泡数量较多，含液率较高，随泡沫层高度增加，接近空气层的泡沫尺寸明显较大，含液率较低。横向观察时间的推移，泡沫层逐渐析出液体导致泡沫层整体上移，气泡结构逐渐清楚，气泡由“湿泡沫”转变为“干泡沫”。 （5）泡沫形成后，泡沫大小不绝对相同，存在一定的不均匀性，随着时间的推移不均匀性会越来越明显。在0-20 min时，泡沫中的气体扩散受到了限制，聚并过程和熟化过程都较慢，气泡较小且均一，气泡被较厚的液膜隔开，近乎圆形，气泡粒径基本没有明显变化约在200-300μm左右，液膜厚度几乎没有变化、排液速率低；而20 min后气泡大小不一，气泡被网状的液膜隔开，为保持压力平衡而发生变形，呈现多边形的结构，气泡粒径明显增大约在400-500μm，液膜变薄、排液速率加快；到80 min时，气泡粒径达到最大约在550-650μm，泡沫液膜厚度基本不再有明显变化。
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