공기는 물에 녹지 않기 때문에 액체 속으로 들어가면 외부의 힘에 의해 수많은 기포로 쪼개져 불균일계를 형성합니다. 공기가 액체 속으로 들어가 거품을 형성하면 기체와 액체 사이의 접촉 면적이 증가하고, 그에 따라 시스템의 자유 에너지도 증가합니다.
가장 낮은 지점은 일반적으로 임계 미셀 농도(CMC)라고 부르는 값에 해당합니다. 따라서 계면활성제 농도가 CMC에 도달하면 시스템 내에 충분한 수의 계면활성제 분자가 액체 표면에 촘촘하게 배열되어 틈 없는 단분자막을 형성하게 됩니다. 이는 시스템의 표면 장력을 최소화합니다. 표면 장력이 감소하면 시스템에서 거품을 생성하는 데 필요한 자유 에너지도 감소하여 거품 형성이 훨씬 쉬워집니다.
실제 생산 및 응용 과정에서, 제조된 에멀젼의 저장 중 안정성을 확보하기 위해 계면활성제 농도를 임계 미셀 농도 이상으로 조절하는 경우가 많습니다. 이는 에멀젼 안정성을 향상시키지만, 몇 가지 단점도 있습니다. 과도한 계면활성제는 시스템의 표면 장력을 최소화할 뿐만 아니라, 에멀젼 내부로 유입되는 공기를 감싸 비교적 단단한 액체 막을 형성하고, 액체 표면에는 이중 분자막을 형성합니다. 이로 인해 거품 붕괴가 현저히 저해됩니다.
거품은 여러 개의 기포가 모여 형성된 것이고, 기포는 기체가 액체에 분산되어 있는 상태, 즉 기체가 분산상이고 액체가 연속상인 상태에서 형성됩니다. 기포 내부의 기체는 한 기포에서 다른 기포로 이동하거나 주변 대기로 빠져나가면서 기포가 합쳐지고 사라지게 됩니다.
순수한 물이나 계면활성제만 있는 경우, 구성 성분이 비교적 균일하기 때문에 생성되는 거품막은 탄성이 부족하여 불안정하고 쉽게 소멸됩니다. 열역학 이론에 따르면 순수한 액체에서 생성된 거품은 일시적이며 막 배수에 의해 소멸됩니다.
앞서 언급했듯이, 수성 코팅제에는 분산매체(물) 외에도 고분자 유화를 위한 유화제, 분산제, 습윤제, 증점제 및 기타 계면활성제 기반 코팅 첨가제가 존재합니다. 이러한 물질들이 동일 시스템에 공존하기 때문에 거품 발생 가능성이 높으며, 이러한 계면활성제 유사 성분들은 생성된 거품을 더욱 안정화시킵니다.
이온성 계면활성제를 유화제로 사용하면 기포막이 전기적 전하를 띠게 됩니다. 전하 간의 강한 반발력 때문에 기포는 응집되는 것을 방지하고, 작은 기포들이 합쳐져 큰 기포가 된 후 붕괴되는 과정을 억제합니다. 결과적으로 거품 제거가 어려워지고 거품이 안정화됩니다.
게시 시간: 2025년 11월 6일