Kiedy powietrze dostaje się do cieczy, ponieważ jest nierozpuszczalne w wodzie, zostaje podzielone przez ciecz pod wpływem siły zewnętrznej na liczne pęcherzyki, tworząc układ heterogeniczny. Gdy powietrze dostanie się do cieczy i utworzy pianę, powierzchnia styku między gazem a cieczą wzrasta, a energia swobodna układu również odpowiednio wzrasta.
Najniższy punkt odpowiada temu, co potocznie nazywamy krytycznym stężeniem miceli (CMC). Dlatego, gdy stężenie surfaktantu osiąga CMC, w układzie znajduje się wystarczająca liczba cząsteczek surfaktantu, aby gęsto ułożyć się na powierzchni cieczy, tworząc pozbawioną szczelin monomolekularną warstwę filmu. Minimalizuje to napięcie powierzchniowe układu. Wraz ze spadkiem napięcia powierzchniowego maleje również energia swobodna wymagana do wytworzenia piany w układzie, co znacznie ułatwia jej formowanie.
W praktyce produkcyjnej i użytkowej, aby zapewnić stabilność przygotowanych emulsji podczas przechowywania, stężenie surfaktantów często przekracza krytyczne stężenie miceli. Chociaż zwiększa to stabilność emulsji, ma to również pewne wady. Nadmierna ilość surfaktantów nie tylko minimalizuje napięcie powierzchniowe układu, ale także otacza powietrze wnikające do emulsji, tworząc stosunkowo sztywną warstwę cieczy, a na powierzchni cieczy dwuwarstwowy film molekularny. To znacznie utrudnia opadanie piany.
Piana to skupisko wielu pęcherzyków, natomiast pęcherzyk powstaje w wyniku rozproszenia gazu w cieczy – gaz jako faza rozproszona, a ciecz jako faza ciągła. Gaz wewnątrz pęcherzyków może migrować z jednego pęcherzyka do drugiego lub ulatniać się do otaczającej atmosfery, co prowadzi do koalescencji i zaniku pęcherzyków.
W przypadku czystej wody lub samych surfaktantów, ze względu na ich stosunkowo jednorodny skład, powstająca piana jest nieelastyczna, co powoduje jej niestabilność i skłonność do samoistnego zanikania. Teoria termodynamiki sugeruje, że piana generowana w czystych cieczach jest przejściowa i rozprasza się w wyniku drenażu.
Jak wspomniano wcześniej, w powłokach wodnych, oprócz ośrodka dyspersyjnego (wody), występują również emulgatory do emulgowania polimerów, a także dyspergatory, środki zwilżające, zagęszczacze i inne dodatki powłokowe na bazie surfaktantów. Ponieważ substancje te współwystępują w tym samym układzie, tworzenie się piany jest wysoce prawdopodobne, a te składniki o charakterze surfaktantów dodatkowo stabilizują wytworzoną pianę.
Gdy surfaktanty jonowe są stosowane jako emulgatory, folia bąbelkowa nabiera ładunku elektrycznego. Dzięki silnemu odpychaniu między ładunkami, pęcherzyki zapobiegają agregacji, hamując proces łączenia się małych pęcherzyków w większe, a następnie ich zapadania. W konsekwencji hamuje to usuwanie piany i stabilizuje ją.
Czas publikacji: 06-11-2025