空気が液体に入ると、水に溶けないため、外力を受けて液体によって多数の泡に分割され、不均一系を形成します。空気が液体に入り泡を形成すると、気体と液体の接触面積が増加し、系の自由エネルギーもそれに応じて上昇します。
最も低い点は、一般に臨界ミセル濃度（CMC）と呼ばれる濃度に相当します。したがって、界面活性剤濃度がCMCに達すると、系内に十分な数の界面活性剤分子が存在し、液面に密に配列して隙間のない単分子膜を形成します。これにより、系の表面張力が最小化されます。表面張力が低下すると、系内で泡を生成するために必要な自由エネルギーも低下し、泡の形成が大幅に容易になります。
実際の製造および応用においては、調製したエマルジョンの保存安定性を確保するために、界面活性剤濃度を臨界ミセル濃度以上に調整することがよくあります。これはエマルジョンの安定性を高める一方で、いくつかの欠点も伴います。過剰な界面活性剤は、系の表面張力を低下させるだけでなく、エマルジョン内に流入する空気を包み込み、比較的硬い液膜を形成し、液表面には二重分子膜を形成します。これにより、泡の崩壊が著しく阻害されます。
泡は多数の気泡の集合体ですが、気泡は気体が液体中に分散しているときに形成されます。気体が分散相、液体が連続相です。気泡内の気体は、ある気泡から別の気泡へと移動したり、周囲の大気中に放出されたりすることで、気泡の合体や消滅を引き起こします。
純水または界面活性剤のみの場合、その組成が比較的均一であるため、生成される泡膜は弾力性に欠け、不安定になり、自己消滅しやすくなります。熱力学理論によれば、純液体中で生成される泡は一時的なものであり、膜の排出によって消散します。
前述の通り、水性塗料には、分散媒（水）の他に、ポリマーを乳化させるための乳化剤、分散剤、湿潤剤、増粘剤などの界面活性剤系塗料添加剤が存在します。これらの物質が同一系内に共存するため、泡が発生しやすく、これらの界面活性剤様成分が生成された泡をさらに安定化させます。
イオン性界面活性剤を乳化剤として使用すると、泡膜は電荷を帯びます。電荷間の強い反発力により、泡は凝集しにくくなり、小さな泡が合体して大きな泡になり、その後崩壊するプロセスが抑制されます。その結果、泡の消失が抑制され、泡が安定化します。
投稿日時: 2025年11月6日