Miksi pinta-aktiivisen aineen pitoisuuden nousu johtaa liialliseen vaahdon muodostumiseen?

Kun ilma pääsee nesteeseen, se ei liukene veteen, ja neste jakaa sen ulkoisen voiman vaikutuksesta lukuisiksi kupliksi, jolloin muodostuu heterogeeninen järjestelmä. Kun ilma pääsee nesteeseen ja muodostaa vaahdon, kaasun ja nesteen välinen kosketuspinta-ala kasvaa ja järjestelmän vapaa energia kasvaa vastaavasti.

Alin piste vastaa sitä, mitä yleisesti kutsumme kriittiseksi misellipitoisuudeksi (CMC). Kun pinta-aktiivisen aineen pitoisuus saavuttaa CMC:n, järjestelmässä on riittävä määrä pinta-aktiivisia molekyylejä, jotta ne asettuvat tiheästi nesteen pinnalle muodostaen aukotonta monomolekyylistä kalvokerrosta. Tämä minimoi järjestelmän pintajännityksen. Kun pintajännitys pienenee, myös vaahdon muodostumiseen tarvittava vapaa energia järjestelmässä pienenee, mikä helpottaa vaahdon muodostumista huomattavasti.

Käytännön tuotannossa ja sovelluksissa pinta-aktiivisen aineen pitoisuus säädetään usein kriittisen misellipitoisuuden yläpuolelle, jotta valmistettujen emulsioiden stabiilius säilytyksen aikana varmistetaan. Vaikka tämä parantaa emulsion stabiiliutta, sillä on myös tiettyjä haittoja. Liiallinen pinta-aktiivinen aine ei ainoastaan ​​minimoi järjestelmän pintajännitystä, vaan myös ympäröi emulsioon tulevan ilman muodostaen suhteellisen jäykän nestekalvon ja nesteen pinnalle kaksikerroksisen molekyylikalvon. Tämä estää merkittävästi vaahdon romahtamista.

Vaahto on useiden kuplien kasautuminen, kun taas kupla muodostuu, kun kaasu dispergoituu nesteeseen – kaasu dispergoituneena faasina ja neste jatkuvana faasina. Kuplien sisällä oleva kaasu voi siirtyä kuplasta toiseen tai päästä ympäröivään ilmakehään, mikä johtaa kuplien yhteenkasvamiseen ja katoamiseen.

Pelkästään puhtaassa vedessä tai pinta-aktiivisissa aineissa syntyvä vaahtokalvo ei ole niiden suhteellisen tasaisen koostumuksen vuoksi elastinen, mikä tekee vaahdosta epävakaan ja alttiin itsestään poistumiselle. Termodynaamisen teorian mukaan puhtaissa nesteissä muodostuva vaahto on väliaikaista ja häviää kalvon valumisen vuoksi.

Kuten aiemmin mainittiin, vesipohjaisissa pinnoitteissa on dispersioväliaineen (veden) lisäksi myös emulgointiaineita polymeerien emulgoimiseksi sekä dispergointiaineita, kostutusaineita, sakeuttamisaineita ja muita pinta-aktiivisia pinnoitteen lisäaineita. Koska nämä aineet esiintyvät samassa järjestelmässä, vaahdon muodostuminen on erittäin todennäköistä, ja nämä pinta-aktiivisten aineiden kaltaiset komponentit stabiloivat muodostunutta vaahtoa entisestään.

Kun ionisia pinta-aktiivisia aineita käytetään emulgointiaineina, kuplakalvo saa sähkövarauksen. Varausten välisen voimakkaan hylkimisvoiman ansiosta kuplat estävät aggregaatiota, mikä estää pienten kuplien sulautumisen suuremmiksi ja niiden romahtamisen. Tämä estää vaahdon poistumista ja vakauttaa vaahtoa.

Ota yhteyttä!