1. المفاهيم الأساسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية
تشير المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية إلى مواد يصل وزنها الجزيئي إلى مستوى معين (يتراوح عادةً بين 10⁻ و10⁻) وتتمتع بخصائص سطحية محددة. ويمكن تصنيفها هيكليًا إلى بوليمرات مشتركة كتلية، وبوليمرات مشتركة تطعيمية، وغيرها. وتُصنف المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية، حسب نوعها الأيوني، إلى أربع فئات رئيسية: أنيونية، وكاتيونية، وثنائية الأيونية، وغير أيونية. ووفقًا لأصلها، يمكن تصنيفها إلى مواد خافضة للتوتر السطحي بوليمرية طبيعية، ومواد خافضة للتوتر السطحي بوليمرية طبيعية معدلة، ومواد خافضة للتوتر السطحي بوليمرية صناعية.
بالمقارنة مع المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الوزن الجزيئي المنخفض، فإن الخصائص الرئيسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية هي:
(1) لديهم قدرة أضعف نسبيًا على تقليل التوتر السطحي والتوتر البيني، ومعظمهم لا يشكلون ميسيلات؛
(2) أنها تمتلك وزنًا جزيئيًا أعلى، مما يؤدي إلى قوة اختراق أضعف؛
(3) تظهر قدرة ضعيفة على تكوين الرغوة، ولكن الفقاعات التي تشكلها مستقرة نسبيًا؛
(4) أنها تظهر قوة استحلاب ممتازة؛
(5) لها خصائص تشتيت وتماسك متميزة؛
(6) معظم المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية ذات سمية منخفضة.
2. الخصائص الوظيفية للمواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية
·التوتر السطحي
بسبب السلوك التوجيهي للأجزاء المحبة للماء والكارهة للماء من المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية على الأسطح أو الواجهات، فإنها تمتلك القدرة على تقليل التوتر السطحي والتوتر البيني، على الرغم من أن هذه القدرة أقل عمومًا من قدرة المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الوزن الجزيئي المنخفض.
إن قدرة المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية على خفض التوتر السطحي أضعف من قدرة المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الوزن الجزيئي المنخفض، وينخفض نشاطها السطحي بشكل حاد مع زيادة الوزن الجزيئي.
· الاستحلاب والتشتت
على الرغم من وزنها الجزيئي المرتفع، يُمكن للعديد من مُنشِّطات السطح البوليمرية تكوين مُذيلات (micelles) داخل الطور المُشتَّت، وتُظهر تركيزًا حرجًا للمُذيلات (CMC)، مما يُؤدي وظائف الاستحلاب. يسمح تركيبها المُحب للدهون (amphiphilic) لجزء من الجزيء بالامتصاص على أسطح الجسيمات، بينما يذوب الجزء الآخر في الطور المُستمر (وسط التشتت). عندما لا يكون الوزن الجزيئي للبوليمر مرتفعًا بشكل مفرط، فإنه يُظهر آثارًا مُعوِّقة مكانية، مُشكِّلًا حواجز على أسطح قطرات المونومر أو جسيمات البوليمر لمنع تجمعها واندماجها.
·التخثر
عندما يكون للمواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية أوزان جزيئية عالية جدًا، فيمكنها أن تمتص على العديد من الجزيئات، وتشكل جسورًا بينها وتخلق تكتلات، وبالتالي تعمل كمواد مخثرة.
·وظائف أخرى
لا تنتج العديد من المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية في حد ذاتها رغوة قوية، ولكنهاتمنع احتباس الماء بشكل كبير وتحافظ على ثبات الرغوة بشكل ممتاز. وبفضل وزنها الجزيئي العالي، تتميز بخصائص فائقة في تكوين الأغشية والالتصاق.
·سلوك الحل
سلوك المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية في المذيبات الانتقائية: معظم المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية هي بوليمرات مشتركة محبة للماء، كتلية أو طعمية. في المذيبات الانتقائية، يكون سلوكها في المحلول أكثر تعقيدًا من سلوك الجزيئات الصغيرة أو البوليمرات المتجانسة. تؤثر عوامل مثل البنية الجزيئية، ونسبة طول الأجزاء المحبة للماء، والتركيب، وخصائص المذيب بشكل كبير على مورفولوجيا المحلول. وكما هو الحال مع المواد الخافضة للتوتر السطحي منخفضة الوزن الجزيئي، تعمل البوليمرات المحبة للماء على تقليل التوتر السطحي عن طريق امتزاز المجموعات الكارهة للماء على السطح، مع تكوين ميسيلات في نفس الوقت داخل المحلول.
وقت النشر: ١٠ نوفمبر ٢٠٢٥