הקשר בין המבנה לפיזור של חומרים פעילי שטח

מערכות פיזור מימיות הן הנפוצות ביותר, וניתן להשתמש בהן בדרך כלל כדי לנתח את הקשר בין מבנה החומר הפעיל שטח לבין יכולת פיזור. כחלקיקים מוצקים הידרופוביים, הם יכולים לספוג את הקבוצות ההידרופוביות של חומרים פעילי שטח. במקרה של חומרים פעילי שטח אניוניים, הקבוצות ההידרופיליות הפונות החוצה דוחות זו את זו בשל מטעניהם הזהים. ניכר כי יעילות הספיחה של חומרים פעילי שטח עולה עם אורך השרשרת ההידרופובית, ולכן חומרים פעילי שטח עם שרשראות פחמן ארוכות יותר מפגינים יכולת פיזור טובה יותר מאלה עם שרשראות קצרות יותר.

הגברת ההידרופיליות של חומרים פעילי שטח נוטה לשפר את מסיסותם במים, ובכך להפחית את ספחיחתם על פני החלקיקים. השפעה זו בולטת יותר כאשר כוח האינטראקציה בין החומר הפעיל לחלקיקים חלש. לדוגמה, בהכנת מערכות פיזור צבע מימיות, ניתן להשתמש בחומרי פיזור ליגנוסולפונט סולפונטיים מאוד עבור צבעים הידרופוביים חזקים ליצירת מערכות פיזור בעלות יציבות תרמית מצוינת. עם זאת, יישום אותו חומר פיזור על צבעים הידרופיליים גורם ליציבות תרמית ירודה; לעומת זאת, שימוש בחומרי פיזור ליגנוסולפונט עם דרגת סולפונציה נמוכה יותר מניב מערכות פיזור בעלות יציבות תרמית טובה. הסיבה לכך היא שלחומרי פיזור סולפונטיים מאוד יש מסיסות גבוהה בטמפרטורות גבוהות, מה שגורם להם להתנתק בקלות מפני השטח של צבעים הידרופיליים, שבהם האינטראקציה המקורית כבר חלשה, ובכך להפחית את יכולת הפיזור.

אם החלקיקים המפוזרים עצמם נושאים מטענים חשמליים ונבחר חומר פעיל שטח בעל מטענים מנוגדים, ייתכן שיתרחש הפתתה לפני שהמטענים על החלקיקים מנוטרלים. רק לאחר ששכבה שנייה של חומר פעיל שטח נספגת על החלקיקים המנוטרלים, ניתן להשיג פיזור יציב. אם נבחר חומר פעיל שטח בעל מטענים זהים, ספיחה של חומר פעיל השטח על החלקיקים הופכת קשה; באופן דומה, ספיחה מספקת לייצוב הפיזור מושגת רק בריכוזים גבוהים. בפועל, חומרי הפיזור היוניים המשמשים מכילים בדרך כלל מספר קבוצות יוניות המפוזרות.על פני כל מולקולת החומר הפעיל שטח, בעוד שהקבוצות ההידרופוביות שלהם מורכבות משרשראות פחמימנים בלתי רוויות עם קבוצות קוטביות כגון טבעות ארומטיות או קשרי אתר.

עבור חומרים פעילי שטח לא-יוניים של פוליאוקסיאתילן, שרשראות הפוליאוקסיאתילן המיועדות להידרציה גבוהה משתרעות לתוך הפאזה המימית בקונפורמציה מעוגלת, ויוצרות מחסום סטרי יעיל כנגד הצטברות של חלקיקים מוצקים. בינתיים, שרשראות האוקסיאתילן המיועדות להידרציה העבות והרב-שכבתיות מפחיתות משמעותית את כוחות ואן דר ואלס בין החלקיקים, מה שהופך אותן לפיזור מצוין. קופולימרים בלוק של פרופילן אוקסיד ואתילן אוקסיד מתאימים במיוחד לשימוש כפיזור. שרשראות הפוליאוקסיאתילן הארוכות שלהם משפרות את המסיסות במים, בעוד שקבוצות ההידרופוביות המורחבות של פוליפרופילן אוקסיד מקדמות ספיחה חזקה יותר על חלקיקים מוצקים; לכן, קופולימרים עם שרשראות ארוכות של שני הרכיבים אידיאליים ביותר כפיזור.

כאשר משולבים חומרים פעילי שטח יוניים ולא-יוניים, המערכת המעורבת לא רק מאפשרת למולקולות להתרחב לתוך הפאזה המימית, וליצור מחסום סטרי המונע הצטברות חלקיקים, אלא גם משפרת את חוזק שכבת הבין-פנים על החלקיקים המוצקים. לכן, עבור המערכת המעורבת, כל עוד המסיסות המוגברת של החומרים הפעילי שטח בפאזה המימית אינה מעכבת באופן משמעותי את ספיגתם על פני החלקיק, החומר המפיזור בעל שרשראות הידרופוביות ארוכות יותר יציג ביצועי פיזור מעולים.