在了解了泡沫的穩(wěn)定性后, 不難理解消泡劑的作用機(jī)理。一切能破壞使泡沫穩(wěn)定存在的因素的化學(xué)試劑均可作消泡劑。消泡劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同, 泡沫體系不同, 破壞泡沫穩(wěn)定性的著重點(diǎn)也不同。

化學(xué)消泡劑不管以何種方式破壞泡沫的穩(wěn)定性, 首先都必須自發(fā)進(jìn)入液膜內(nèi)并在界而上迅速鋪展, 才能改變液膜的界面性能, 最終導(dǎo)致膜的破裂, 參見圖4。

消泡劑液滴借助低表面張力的作用在液膜表面擴(kuò)展成膜的過程, 稱為消泡劑在液膜上的鋪展。鋪展過程中體系自由能的減小稱為消泡劑在液膜上的鋪展系數(shù)5 . 消泡劑的進(jìn)入是指其液滴穿過泡沫的氣液界面進(jìn)入液膜內(nèi)的過程, 該過程中體系自由能的減小稱為消泡劑的進(jìn)入系數(shù)E. 它們可由如下數(shù)學(xué)表達(dá)式表示:

E=γF+γFD-γD                           

S=γF-γFD-γD                           

其中: γF為泡沫介質(zhì)的表面張力; γFD為消泡劑和泡沫介質(zhì)的界面張力; γD為消泡劑的表面張力.鋪展系數(shù)和進(jìn)入系數(shù)為正值, 表示消泡劑進(jìn)入液膜和在液膜表面鋪展是熱力學(xué)自發(fā)過程。

因此, 作為消泡劑的化學(xué)試劑應(yīng)具有低于泡沫介質(zhì)的表面張力和較低的界面張力. 正的進(jìn)入系數(shù)還意味著泡沫介質(zhì)不能在消泡劑液滴表面鋪展。這是因?yàn)榕菽橘|(zhì)在消泡劑表面的鋪展系數(shù)

SF（D）=γD-γFD-γF                     

將方程進(jìn)行變換得:

SF（D）=-(γFD+γF-γD)                  

(8)式的右邊正好是消泡劑的進(jìn)入系數(shù)。

表1給出了苯、正辛醇、正辛烷和正十六烷在水中的表面張力、界面張力和由式（5)和(6)計(jì)算得到的進(jìn)入系數(shù)和鋪展系數(shù)值。雖然純水體系不能形成穩(wěn)定的泡沫, 但提供了判斷化學(xué)試劑能否作為消泡劑的一種簡單方法。表1 結(jié)果表明只有正辛醇才能作水體系的有效消泡劑。苯在混入的初始階段可以認(rèn)為具有較弱的消泡特性, 見表1。但與水相互飽和后γF變成γF（D），其值變?yōu)?2.2，γD變成γD（F），其值為28.8 ,鋪展系數(shù)E變?yōu)橐? .6 ,已鋪展的苯又回縮形成“透鏡” 狀液滴, 因此苯不能用作水介質(zhì)的消泡劑。

硅油由于表面張力低(常溫下約21mN/m),分子間作用力小, 形成的液膜表面粘度低,無電雙層斥力, 分子鏈親水性小, 空間位阻小(熵斥力小), 形成的液膜滲透性好, 因此是理想的消泡劑。但是它與水有很高的界面張力, 而與油體系的界面張力很低, 因此更適合于作非水體系的消泡劑。近些年來各國學(xué)者積極開發(fā)的水分散性硅油消泡劑, 是在聚二甲基硅氧烷分子鏈上接枝親水性的聚醚分子鏈得到的產(chǎn)物, 與普通硅油相比, 它與水介質(zhì)的界面張力低, 鋪展系數(shù)高, 消泡性能提高幾倍。

消泡劑在泡沫體系中的不溶解性很重要。如果低表面張力的消泡劑進(jìn)入液膜后被液膜內(nèi)的液體所溶解, 它將起穩(wěn)泡作用，見圖5。在555號(hào)油體系中,硅油在很大濃度范圍內(nèi)不顯示消泡作用, 反而使泡沫壽命有所提高;而在702號(hào)油體系中, 加入很低濃度的硅油就出現(xiàn)消泡的特征。當(dāng)泡沫體系中表面活性劑的濃度超過CMC后,消泡劑有可能被加溶, 以致失去在表面鋪展的作用, 消泡效率大減。只有當(dāng)表面鋪展速度大于加溶速度時(shí), 消泡劑才能表現(xiàn)出較好的消泡效果, 但隨著時(shí)間的延長, 消泡劑逐漸被加溶, 消泡效果相應(yīng)減弱。

值得提出的是, 憎水顆粒如憎水硅石、N ,N`一乙烯基雙(硬脂酚胺)和聚四氟乙烯,可以大大提高消泡劑在水泡沫體系中的消泡能力。這可能是由于加入憎水顆粒后出現(xiàn)了兩種消泡途徑: 吸附和去潤濕。根據(jù)吸附機(jī)理 , 憎水顆粒進(jìn)入氣液界面后, 顆粒表面吸附了泡沫體系的表面活性劑, 使液膜局部的表面活性劑被消耗, 產(chǎn)生了不穩(wěn)定性,最終導(dǎo)致液膜的破裂, 如圖6所示。該機(jī)理成功地解釋了某些憎水顆粒的消泡效率隨時(shí)間的延長而消失的現(xiàn)象。如果吸附機(jī)理起作用, 則要求顆粒單位比表面的吸附能力越大越好, 顆粒憎水性的大小則影響不大。

在去潤濕機(jī)理中, 落于氣液界面上的憎水顆粒使泡沫溶液白發(fā)地從顆粒兩側(cè)移走, 在液膜中造成一個(gè)斷裂孔, 引發(fā)了液膜的破裂, 如圖7所示。僧水顆粒在去潤濕過程中不吸附泡沫體系的表面活性劑, 在一瓣液膜上去潤濕后不失效, 能進(jìn)入鄰近液膜繼續(xù)去潤濕。從去潤濕機(jī)理可知: 僧水顆粒的僧水性很重要; 顆粒直徑應(yīng)與液膜厚度同數(shù)量級(jí)并稍大; 表面活性劑溶液與憎水顆粒的接觸角應(yīng)大于某一臨界值( 取決于顆粒的形狀和接觸方向, 顆粒越不規(guī)則越有利于去潤濕作用的發(fā)生) ; 憎水顆粒的表面應(yīng)是流線形的, 以便在去潤濕時(shí)與表面活性劑溶液的接觸面能很快地在整個(gè)表面上仲展開來.

綜上所述,作為消泡劑的化學(xué)試劑必須符合如下條件: 表面張力低于泡沫介質(zhì); 不溶于泡沫介質(zhì): 能自發(fā)進(jìn)入氣液界面并迅速鋪展于液膜表面: 化學(xué)惰性,對(duì)產(chǎn)品和設(shè)備無不利影響: 成本合理,供貨穩(wěn)定; 毒性小,不會(huì)造成環(huán)境污染; 符合各該應(yīng)用領(lǐng)域的各種規(guī)定。

圖