מה אתם יודעים על חומרים פעילי שטח פולימריים

1. מושגים בסיסיים של חומרים פעילי שטח פולימריים

חומרים פעילי שטח פולימריים מתייחסים לחומרים בעלי משקל מולקולרי המגיע לרמה מסוימת (בדרך כלל בין 103 ל-106) ובעלי תכונות פעילות שטח מסוימות. מבחינה מבנית, ניתן לסווג אותם לקופולימרים בלוק, קופולימרים מורכבים ואחרים. בהתבסס על הסוג היוני, חומרים פעילי שטח פולימריים מחולקים לארבע קטגוריות עיקריות: אניוניים, קטיוניים, זוויטריוניים ולא-יוניים. בהתאם למקורם, ניתן לסווג אותם כחומרים פעילי שטח פולימריים טבעיים, חומרים פעילי שטח פולימריים טבעיים שעברו שינוי וחומרים פעילי שטח פולימריים סינתטיים.

בהשוואה לחומרים פעילי שטח בעלי משקל מולקולרי נמוך, המאפיינים העיקריים של חומרים פעילי שטח פולימריים הם:

(1) יש להם יכולת חלשה יחסית להפחית מתח פנים ומתח בין-פנים, ורובם אינם יוצרים מיצלות;

(2) יש להם משקל מולקולרי גבוה יותר, וכתוצאה מכך כוח חדירה חלש יותר;

(3) הם מפגינים יכולת הקצפה ירודה, אך הבועות שהם יוצרים יציבות יחסית;

(4) הם מפגינים כוח אמולסיה מעולה;

(5) יש להם תכונות פיזור וקוהרנטיות יוצאות דופן;

(6) רוב החומרים הפעילי שטח הפולימרים הם בעלי רעילות נמוכה.

2. תכונות פונקציונליות של חומרים פעילי שטח פולימריים

·מתח פני השטח

בשל ההתנהגות האוריינטציונית של המקטעים ההידרופיליים וההידרופוביים של חומרים פעילי שטח פולימריים במשטחים או ממשקים, יש להם את היכולת להפחית את מתח השטח והמתח הבין-פאזי, אם כי יכולת זו בדרך כלל נחותה מזו של חומרים פעילי שטח בעלי משקל מולקולרי נמוך.

יכולתם של חומרים פעילי שטח פולימריים להוריד את מתח הפנים חלשה יותר מזו של חומרים פעילי שטח בעלי משקל מולקולרי נמוך, ופעילות הפנים שלהם יורדת בחדות ככל שהמשקל המולקולרי עולה.

· אמולסיה ופיזור

למרות משקלם המולקולרי הגבוה, חומרים פעילי שטח פולימריים רבים יכולים ליצור מיצלות בתוך הפאזה המפוזרת ולהציג ריכוז מיצלות קריטי (CMC), ובכך למלא פונקציות אמולסיה. המבנה האמפיפילי שלהם מאפשר לחלק אחד של המולקולה להיספג על פני השטח של החלקיקים בעוד שהחלק השני מתמוסס בשלב הרציף (תווך הפיזור). כאשר המשקל המולקולרי של הפולימר אינו גבוה מדי, הוא מציג השפעות של הפרעה סטרילית, ויוצר מחסומים על פני השטח של טיפות מונומר או חלקיקי פולימר כדי למנוע צבירה והתלכדות שלהם.

·קְרִישָׁה

כאשר לחומרים פעילי שטח פולימריים יש משקלים מולקולריים גבוהים מאוד, הם יכולים לספוח על חלקיקים רבים, ליצור גשרים ביניהם וליצור פלוקים, ובכך לשמש כפלוקולנטים.

·פונקציות אחרות

חומרים פעילי שטח פולימריים רבים אינם מייצרים קצף חזק בעצמם, אך הםמעכבים אצירת מים חזקה ויציבות קצף מעולה. בשל משקלם המולקולרי הגבוה, יש להם גם תכונות יצירת שכבה והדבקה מעולות.

·התנהגות פתרון

התנהגותם של חומרים פעילי שטח פולימריים בממסים סלקטיביים: רוב חומרי השטח הפולימריים הם קופולימרים אמפיפיליים מסוג בלוק או השתל. בממסים סלקטיביים, התנהגותם בתמיסה מורכבת יותר מזו של מולקולות קטנות או הומופולימרים. גורמים כגון מבנה מולקולרי, יחס האורך של מקטעים אמפיפיליים, הרכב ותכונות ממס משפיעים באופן משמעותי על המורפולוגיה שלהם בתמיסה. בדומה לחומרים פעילי שטח בעלי משקל מולקולרי נמוך, פולימרים אמפיפיליים מפחיתים את מתח הפנים על ידי ספיחה של קבוצות הידרופוביות על פני השטח תוך יצירת מיצלות בו זמנית בתוך התמיסה.