ما الذي تعرفه عن المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية؟

1. المفاهيم الأساسية للمواد الفعالة بالسطح البوليمرية

تشير المواد الفعالة سطحياً البوليمرية إلى مواد ذات وزن جزيئي يصل إلى مستوى معين (يتراوح عادةً بين 10³ و10⁶) وتمتلك خصائص فعالة سطحياً محددة. من الناحية التركيبية، يمكن تصنيفها إلى بوليمرات مشتركة كتلية، وبوليمرات مشتركة مطعمة، وغيرها. وبناءً على النوع الأيوني، تُقسم المواد الفعالة سطحياً البوليمرية إلى أربع فئات رئيسية: أنيونية، وكاتيونية، ومزدوجة الأيونات، وغير أيونية. أما من حيث المنشأ، فيمكن تصنيفها إلى مواد فعالة سطحياً بوليمرية طبيعية، ومواد فعالة سطحياً بوليمرية طبيعية مُعدلة، ومواد فعالة سطحياً بوليمرية اصطناعية.

بالمقارنة مع المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات الوزن الجزيئي المنخفض، فإن الخصائص الرئيسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية هي:

(1) لديهم قدرة أضعف نسبياً على تقليل التوتر السطحي والتوتر البيني، ومعظمهم لا يشكلون المذيلات؛

(2) تمتلك وزنًا جزيئيًا أعلى، مما يؤدي إلى ضعف قدرتها على الاختراق؛

(3) إنها تُظهر قدرة ضعيفة على تكوين الرغوة، لكن الفقاعات التي تشكلها مستقرة نسبيًا؛

(4) إنها تُظهر قدرة استحلاب ممتازة؛

(5) لديهم خصائص تشتيت وتماسك ممتازة؛

(6) معظم المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية ذات سمية منخفضة.

2. الخصائص الوظيفية للمواد الفعالة بالسطح 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 تكون عمومًا أقل 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 والتشتيت

على الرغم من وزنها الجزيئي العالي، تستطيع العديد من المواد الفعالة سطحياً البوليمرية تكوين جسيمات ميكيلية ضمن الطور المنتشر، وتُظهر تركيزاً ميكيلياً حرجاً (CMC)، مما يُمكّنها من أداء وظائف الاستحلاب. يسمح تركيبها الأمفيباتي لجزء من الجزيء بالامتزاز على أسطح الجسيمات، بينما يذوب الجزء الآخر في الطور المستمر (وسط التشتت). عندما لا يكون الوزن الجزيئي للبوليمر مرتفعاً للغاية، فإنه يُظهر تأثيرات إعاقة فراغية، مُشكلاً حواجز على أسطح قطرات المونومر أو جسيمات البوليمر لمنع تكتلها واندماجها.

التخثر

عندما يكون للمواد السطحية البوليمرية أوزان جزيئية عالية جدًا، يمكنها أن تمتص على العديد من الجسيمات، وتشكل جسورًا بينها وتكوّن كتلًا، وبالتالي تعمل كمواد مُرَسِّبة.

·وظائف أخرى

لا تُنتج العديد من المواد الخافضة للتوتر السطحي البوليمرية رغوة قوية بحد ذاتها، ولكنها تُظهرتتميز هذه المواد بقدرة عالية على الاحتفاظ بالماء وثبات ممتاز للرغوة. وبفضل وزنها الجزيئي العالي، تتمتع أيضاً بخصائص فائقة في تكوين الأغشية والالتصاق.

سلوك الحل

سلوك المواد الفعالة سطحياً البوليمرية في المذيبات الانتقائية: معظم المواد الفعالة سطحياً البوليمرية عبارة عن بوليمرات مشتركة متجانسة أو مُطعّمة ذات خصائص أمفيباثية. في المذيبات الانتقائية، يكون سلوكها في المحلول أكثر تعقيداً من سلوك الجزيئات الصغيرة أو البوليمرات المتجانسة. تؤثر عوامل مثل البنية الجزيئية، ونسبة طول الأجزاء الأمفيباثية، والتركيب، وخصائص المذيب بشكل كبير على شكلها في المحلول. وكما هو الحال مع المواد الفعالة سطحياً ذات الوزن الجزيئي المنخفض، تعمل البوليمرات الأمفيباثية على تقليل التوتر السطحي عن طريق امتصاص المجموعات الكارهة للماء على السطح، مع تكوين المذيلات داخل المحلول في الوقت نفسه.