ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและความสามารถในการกระจายตัวของสารลดแรงตึงผิว

ระบบการกระจายตัวในน้ำเป็นระบบที่ใช้กันทั่วไป และโดยทั่วไปสามารถนำมาใช้ในการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของสารลดแรงตึงผิวและความสามารถในการกระจายตัวได้ เนื่องจากอนุภาคของแข็งที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ จึงสามารถดูดซับกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำของสารลดแรงตึงผิวได้ ในกรณีของสารลดแรงตึงผิวประจุลบ กลุ่มที่ชอบน้ำที่หันออกด้านนอกจะผลักกันเนื่องจากมีประจุเหมือนกัน เห็นได้ชัดว่าประสิทธิภาพการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวจะเพิ่มขึ้นตามความยาวของโซ่ที่ไม่ชอบน้ำ ดังนั้นสารลดแรงตึงผิวที่มีโซ่คาร์บอนยาวกว่าจึงมีความสามารถในการกระจายตัวได้ดีกว่าสารลดแรงตึงผิวที่มีโซ่สั้นกว่า

การเพิ่มคุณสมบัติชอบน้ำของสารลดแรงตึงผิวมีแนวโน้มที่จะเพิ่มความสามารถในการละลายในน้ำ ทำให้ลดการดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาค ผลกระทบนี้จะเด่นชัดมากขึ้นเมื่อแรงยึดเหนี่ยวระหว่างสารลดแรงตึงผิวและอนุภาคอ่อน ตัวอย่างเช่น ในการเตรียมระบบการกระจายตัวของสีย้อมในน้ำ สารกระจายตัวลิกโนซัลโฟเนตที่มีซัลโฟเนตสูงสามารถใช้กับสีย้อมที่ไม่ชอบน้ำอย่างมากเพื่อสร้างระบบการกระจายตัวที่มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม การใช้สารกระจายตัวชนิดเดียวกันกับสีย้อมที่ชอบน้ำจะทำให้เสถียรภาพทางความร้อนต่ำ ในทางตรงกันข้าม การใช้สารกระจายตัวลิกโนซัลโฟเนตที่มีระดับซัลโฟเนตต่ำกว่าจะให้ระบบการกระจายตัวที่มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี เหตุผลก็คือ สารกระจายตัวที่มีซัลโฟเนตสูงมีความสามารถในการละลายสูงที่อุณหภูมิสูง ทำให้หลุดออกจากพื้นผิวของสีย้อมที่ชอบน้ำได้ง่าย ซึ่งแรงยึดเหนี่ยวเดิมนั้นอ่อนอยู่แล้ว จึงลดความสามารถในการกระจายตัวลง

หากอนุภาคที่กระจายตัวอยู่มีประจุไฟฟ้า และเลือกใช้สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุตรงข้าม อาจเกิดการจับตัวเป็นก้อนก่อนที่ประจุบนอนุภาคจะถูกทำให้เป็นกลาง การกระจายตัวที่เสถียรจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสารลดแรงตึงผิวชั้นที่สองถูกดูดซับลงบนอนุภาคที่ประจุเป็นกลางแล้วเท่านั้น หากเลือกใช้สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุเหมือนกัน การดูดซับสารลดแรงตึงผิวลงบนอนุภาคจะทำได้ยาก ในทำนองเดียวกัน การดูดซับที่เพียงพอต่อการรักษาเสถียรภาพของการกระจายตัวจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อใช้ความเข้มข้นสูงเท่านั้น ในทางปฏิบัติ สารช่วยกระจายตัวแบบไอออนิกที่ใช้มักประกอบด้วยกลุ่มไอออนิกหลายกลุ่มที่กระจายอยู่หมู่ไฮโดรโฟบิกจะกระจายอยู่ทั่วทั้งโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิว ในขณะที่หมู่ไฮโดรโฟบิกประกอบด้วยโซ่ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวที่มีหมู่ขั้ว เช่น วงแหวนอะโรมาติกหรือพันธะอีเทอร์

สำหรับสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุประเภทโพลีออกซีเอทิลีน โซ่โพลีออกซีเอทิลีนที่มีการไฮเดรตสูงจะยื่นออกไปในเฟสของเหลวในลักษณะโค้งงอ ทำให้เกิดกำแพงกั้นเชิงสเตอริกที่มีประสิทธิภาพต่อการรวมตัวของอนุภาคของแข็ง ในขณะเดียวกัน โซ่ไฮเดรตหนาหลายชั้นของออกซีเอทิลีนจะช่วยลดแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างอนุภาคได้อย่างมาก ทำให้เป็นสารช่วยกระจายตัวที่ดีเยี่ยม โคพอลิเมอร์แบบบล็อกของโพรพิลีนออกไซด์และเอทิลีนออกไซด์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้เป็นสารช่วยกระจายตัว โซ่โพลีออกซีเอทิลีนที่ยาวช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายในน้ำ ในขณะที่หมู่ไฮโดรโฟบิกของโพลีโพรพิลีนออกไซด์ที่ยื่นออกมาช่วยส่งเสริมการดูดซับที่แข็งแรงขึ้นบนอนุภาคของแข็ง ดังนั้น โคพอลิเมอร์ที่มีโซ่ยาวของทั้งสององค์ประกอบจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้เป็นสารช่วยกระจายตัว

เมื่อผสมสารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิกและแบบไม่ไอออนิกเข้าด้วยกัน ระบบผสมนี้ไม่เพียงแต่ช่วยให้โมเลกุลขยายตัวเข้าไปในเฟสของเหลว ทำให้เกิดกำแพงทางกายภาพที่ป้องกันการรวมตัวของอนุภาค แต่ยังช่วยเสริมความแข็งแรงของฟิล์มที่ผิวสัมผัสบนอนุภาคของแข็งอีกด้วย ดังนั้น สำหรับระบบผสม ตราบใดที่ความสามารถในการละลายที่เพิ่มขึ้นของสารลดแรงตึงผิวในเฟสของเหลวไม่ยับยั้งการดูดซับบนพื้นผิวอนุภาคอย่างมีนัยสำคัญ สารช่วยกระจายตัวที่มีโซ่ไฮโดรโฟบิกที่ยาวกว่าจะแสดงประสิทธิภาพการกระจายตัวที่เหนือกว่า