מדוע העלייה בריכוז החומר הפעיל שטח מובילה להיווצרות קצף מוגזמת?

כאשר אוויר נכנס לנוזל, מכיוון שהוא אינו מסיס במים, הוא מתחלק לבועות רבות על ידי הנוזל תחת כוח חיצוני, ויוצר מערכת הטרוגנית. ברגע שאוויר נכנס לנוזל ויוצר קצף, שטח המגע בין הגז לנוזל גדל, וגם האנרגיה החופשית של המערכת עולה בהתאם.

הנקודה הנמוכה ביותר מתאימה למה שאנו מכנים בדרך כלל ריכוז המיצלה הקריטי (CMC). לכן, כאשר ריכוז החומר הפעיל שטח מגיע ל-CMC, יש מספר מספיק של מולקולות חומר פעיל שטח במערכת כדי ליישר בצפיפות על פני הנוזל, וליצור שכבת סרט מונומולקולרית ללא פערים. זה ממזער את מתח הפנים של המערכת. כאשר מתח הפנים יורד, האנרגיה החופשית הנדרשת ליצירת קצף במערכת גם היא פוחתת, מה שמקל על יצירת הקצף.

בייצור ויישום מעשיים, כדי להבטיח את יציבות האמולסיות המוכנות במהלך האחסון, ריכוז החומרים הפעילי שטח מותאם לעיתים קרובות מעל לריכוז המיצלה הקריטי. אמנם זה משפר את יציבות האמולסיה, אך יש לו גם חסרונות מסוימים. עודף חומרים פעילי שטח לא רק ממזער את מתח הפנים של המערכת אלא גם עוטף את האוויר הנכנס לאמולסיה, ויוצר שכבה נוזלית נוקשה יחסית, ועל פני הנוזל, שכבה מולקולרית דו-שכבתית. זה מעכב משמעותית את קריסת הקצף.

קצף הוא צבירה של בועות רבות, בעוד שבועה נוצרת כאשר גז מתפזר בנוזל - גז כפאזה המפוזרת ונוזל כפאזה הרציפה. הגז בתוך הבועות עשוי לנדוד מבועה אחת לאחרת או לברוח לאטמוספירה שמסביב, מה שמוביל להתלכדות והיעלמותה של הבועות.

עבור מים טהורים או חומרים פעילי שטח בלבד, בשל הרכבם האחיד יחסית, שכבת הקצף המתקבלת חסרה גמישות, מה שהופך את הקצף ללא יציב ונוטה להתפרקות עצמית. תיאוריה תרמודינמית מציעה כי קצף שנוצר בנוזלים טהורים הוא זמני ומתפזר עקב ניקוז שכבת הקצף.

כפי שצוין קודם לכן, בציפויים על בסיס מים, מלבד מצע הפיזור (מים), ישנם גם מתחלבים לאמולסיפיקציה של פולימרים, יחד עם חומרי פיזור, חומרי הרטבה, חומרים מעבים ותוספי ציפוי אחרים מבוססי חומר פעיל שטח. מכיוון שחומרים אלה מתקיימים יחד באותה מערכת, היווצרות קצף סבירה מאוד, ורכיבים דמויי חומר פעיל שטח אלה מייצבים עוד יותר את הקצף שנוצר.

כאשר משתמשים בחומרים פעילי שטח יוניים כמתחלבים, סרט הבועות מקבל מטען חשמלי. עקב דחייה חזקה בין מטענים, הבועות מתנגדות להצטברות, מה שמדכא את תהליך ההתמזגות של בועות קטנות לגדולות יותר ולאחר מכן קריסה. כתוצאה מכך, הדבר מעכב את סילוק הקצף ומייצב את הקצף.

צרו קשר!