เหตุใดการเพิ่มความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวจึงทำให้เกิดฟองมากเกินไป

เมื่ออากาศเข้าไปในของเหลว ซึ่งไม่ละลายน้ำ ของเหลวจะแยกตัวออกเป็นฟองอากาศจำนวนมากภายใต้แรงภายนอก ก่อให้เกิดระบบที่มีความหลากหลาย เมื่ออากาศเข้าไปในของเหลวและเกิดเป็นฟอง พื้นที่สัมผัสระหว่างก๊าซและของเหลวจะเพิ่มขึ้น และพลังงานอิสระของระบบก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

จุดต่ำสุดสอดคล้องกับสิ่งที่เรามักเรียกกันว่าความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต (CMC) ดังนั้น เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวถึงระดับ CMC จะมีโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจำนวนมากพอที่จะเรียงตัวกันอย่างหนาแน่นบนพื้นผิวของเหลว ก่อให้เกิดชั้นฟิล์มโมโนโมเลกุลที่ไม่มีช่องว่าง ซึ่งจะช่วยลดแรงตึงผิวของระบบ เมื่อแรงตึงผิวลดลง พลังงานอิสระที่จำเป็นสำหรับการเกิดโฟมในระบบก็จะลดลงเช่นกัน ทำให้การเกิดโฟมง่ายขึ้นมาก

ในการผลิตและการประยุกต์ใช้จริง เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของอิมัลชันที่เตรียมไว้ระหว่างการเก็บรักษา ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวมักจะถูกปรับให้สูงกว่าความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต แม้ว่าวิธีนี้จะช่วยเพิ่มความเสถียรของอิมัลชัน แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง การใช้สารลดแรงตึงผิวมากเกินไปไม่เพียงแต่ลดแรงตึงผิวของระบบเท่านั้น แต่ยังห่อหุ้มอากาศที่เข้าไปในอิมัลชัน ก่อให้เกิดฟิล์มของเหลวที่ค่อนข้างแข็ง และฟิล์มโมเลกุลสองชั้นบนพื้นผิวของเหลว วิธีนี้ช่วยยับยั้งการยุบตัวของโฟมได้อย่างมาก

โฟมเกิดจากการรวมตัวของฟองอากาศจำนวนมาก ในขณะที่ฟองอากาศเกิดขึ้นเมื่อก๊าซกระจายตัวในของเหลว โดยก๊าซเป็นเฟสที่กระจายตัว และของเหลวเป็นเฟสต่อเนื่อง ก๊าซภายในฟองอากาศอาจเคลื่อนที่จากฟองอากาศหนึ่งไปยังอีกฟองอากาศหนึ่ง หรือหลุดออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยรอบ นำไปสู่การรวมตัวและหายไปของฟองอากาศ

สำหรับน้ำบริสุทธิ์หรือสารลดแรงตึงผิวเพียงอย่างเดียว ฟิล์มโฟมที่ได้จึงขาดความยืดหยุ่น เนื่องจากมีองค์ประกอบที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ ทำให้โฟมไม่เสถียรและมีแนวโน้มที่จะถูกกำจัดออกเอง ทฤษฎีเทอร์โมไดนามิกส์ชี้ให้เห็นว่าโฟมที่เกิดขึ้นในของเหลวบริสุทธิ์นั้นเป็นเพียงสิ่งชั่วคราวและสลายตัวไปเนื่องจากการระบายฟิล์ม

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ในสารเคลือบที่ใช้น้ำ นอกจากตัวกลางการกระจายตัว (น้ำ) แล้ว ยังมีอิมัลซิไฟเออร์สำหรับอิมัลชันโพลิเมอร์ ควบคู่ไปกับสารกระจายตัว สารทำให้เปียก สารเพิ่มความข้น และสารเคลือบอื่นๆ ที่ใช้สารลดแรงตึงผิว เนื่องจากสารเหล่านี้มีอยู่ร่วมกันในระบบเดียวกัน จึงมีโอกาสสูงที่จะเกิดโฟม และส่วนประกอบคล้ายสารลดแรงตึงผิวเหล่านี้จะช่วยทำให้โฟมที่เกิดขึ้นมีความเสถียรยิ่งขึ้น

เมื่อใช้สารลดแรงตึงผิวไอออนิกเป็นอิมัลซิไฟเออร์ ฟิล์มฟองอากาศจะมีประจุไฟฟ้า เนื่องจากแรงผลักระหว่างประจุไฟฟ้าที่รุนแรง ฟองอากาศจึงต้านทานการรวมตัวกัน ยับยั้งกระบวนการที่ฟองอากาศขนาดเล็กรวมตัวกันเป็นฟองอากาศขนาดใหญ่แล้วยุบตัวลง ส่งผลให้ฟองอากาศถูกยับยั้งการกำจัดโฟมและทำให้โฟมคงตัว

ติดต่อเรา！