العلاقة بين بنية المواد الفعالة سطحياً وقابليتها للتشتت

تُستخدم أنظمة التشتيت المائي على نطاق واسع، ويمكن توظيفها عادةً لتحليل العلاقة بين بنية المواد الفعالة سطحياً وقابليتها للتشتت. وباعتبارها جسيمات صلبة كارهة للماء، فإنها قادرة على امتصاص المجموعات الكارهة للماء في المواد الفعالة سطحياً. في حالة المواد الفعالة سطحياً الأنيونية، تتنافر المجموعات المحبة للماء المواجهة للخارج بسبب تشابه شحناتها. ومن الواضح أن كفاءة امتصاص المواد الفعالة سطحياً تزداد مع طول السلسلة الكارهة للماء، وبالتالي فإن المواد الفعالة سطحياً ذات السلاسل الكربونية الأطول تُظهر قابلية تشتت أفضل من تلك ذات السلاسل الأقصر.

يؤدي رفع درجة محبة الماء للمواد الفعالة سطحياً إلى تعزيز ذوبانها في الماء، مما يقلل من امتصاصها على سطح الجسيمات. ويزداد هذا التأثير وضوحاً عندما تكون قوة التفاعل بين المادة الفعالة سطحياً والجسيمات ضعيفة. على سبيل المثال، في تحضير أنظمة تشتيت الأصباغ المائية، يمكن استخدام مشتتات الليغنوسلفونات عالية السلفنة للأصباغ شديدة الكراهية للماء لتكوين أنظمة تشتيت ذات استقرار حراري ممتاز. مع ذلك، يؤدي استخدام المشتت نفسه مع الأصباغ المحبة للماء إلى ضعف الاستقرار الحراري؛ في المقابل، ينتج عن استخدام مشتتات الليغنوسلفونات ذات درجة سلفنة أقل أنظمة تشتيت ذات استقرار حراري جيد. والسبب في ذلك هو أن المشتتات عالية السلفنة تتميز بذوبانية عالية عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها تنفصل بسهولة عن سطح الأصباغ المحبة للماء، حيث يكون التفاعل الأصلي ضعيفاً، وبالتالي يقلل من قابلية التشتيت.

إذا كانت الجسيمات المنتشرة تحمل شحنات كهربائية، وتم اختيار مادة فعالة سطحية ذات شحنات معاكسة، فقد يحدث تكتل قبل معادلة الشحنات على الجسيمات. ولا يمكن تحقيق تشتت مستقر إلا بعد امتزاز طبقة ثانية من المادة الفعالة السطحية على الجسيمات المتعادلة الشحنة. أما إذا تم اختيار مادة فعالة سطحية ذات شحنات متطابقة، فسيصبح امتزازها على الجسيمات صعبًا؛ وبالمثل، لا يتحقق امتزاز كافٍ لتثبيت التشتت إلا عند التركيزات العالية. عمليًا، تحتوي المشتتات الأيونية المستخدمة عادةً على مجموعات أيونية متعددة موزعة.عبر جزيء المادة الفعالة السطحية بأكمله، بينما تتكون مجموعاتها الكارهة للماء من سلاسل هيدروكربونية غير مشبعة مع مجموعات قطبية مثل الحلقات العطرية أو روابط الإيثر.

بالنسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية من نوع بولي أوكسي إيثيلين، تمتد سلاسل بولي أوكسي إيثيلين عالية الترطيب إلى الطور المائي بشكل حلزوني، مما يُشكل حاجزًا فراغيًا فعالًا ضد تكتل الجسيمات الصلبة. في الوقت نفسه، تُقلل سلاسل أوكسي إيثيلين المائية السميكة متعددة الطبقات بشكل كبير من قوى فان دير فالس بين الجسيمات، مما يجعلها عوامل تشتيت ممتازة. تُعد البوليمرات المتجانسة من أكسيد البروبيلين وأكسيد الإيثيلين مناسبة بشكل خاص للاستخدام كعوامل تشتيت. تُعزز سلاسل بولي أوكسي إيثيلين الطويلة فيها الذوبان في الماء، بينما تُعزز مجموعات بولي بروبيلين أكسيد الكارهة للماء الممتدة فيها امتصاصًا أقوى على الجسيمات الصلبة؛ لذلك، تُعد البوليمرات المتجانسة ذات السلاسل الطويلة من كلا المكونين مثالية للغاية كعوامل تشتيت.

عند دمج المواد الفعالة سطحياً الأيونية وغير الأيونية، لا يُمكّن النظام المختلط الجزيئات من الامتداد إلى الطور المائي فحسب، مُشكلاً حاجزاً فراغياً يمنع تكتل الجسيمات، بل يُعزز أيضاً قوة الغشاء البيني على الجسيمات الصلبة. وبالتالي، بالنسبة للنظام المختلط، طالما أن زيادة ذوبان المواد الفعالة سطحياً في الطور المائي لا تُعيق امتصاصها على سطح الجسيمات بشكل كبير، فإن المُشتت ذو السلاسل الكارهة للماء الأطول سيُظهر أداءً تشتيتياً فائقاً.