เหตุใดการเพิ่มความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวจึงทำให้เกิดฟองมากเกินไป?

เมื่ออากาศเข้าไปในของเหลว เนื่องจากอากาศไม่ละลายในน้ำ อากาศจึงถูกของเหลวแบ่งตัวออกเป็นฟองอากาศจำนวนมากภายใต้แรงภายนอก ทำให้เกิดระบบที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เมื่ออากาศเข้าไปในของเหลวและก่อตัวเป็นฟอง พื้นที่สัมผัสระหว่างแก๊สและของเหลวจะเพิ่มขึ้น และพลังงานอิสระของระบบก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

จุดต่ำสุดสอดคล้องกับสิ่งที่เรามักเรียกว่าความเข้มข้นไมเซลล์วิกฤต (CMC) ดังนั้น เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวถึง CMC จะมีโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวในระบบมากพอที่จะเรียงตัวหนาแน่นบนพื้นผิวของเหลว ก่อตัวเป็นชั้นฟิล์มโมโนโมเลกุลที่ไม่มีช่องว่าง ซึ่งจะช่วยลดแรงตึงผิวของระบบ เมื่อแรงตึงผิวลดลง พลังงานอิสระที่จำเป็นสำหรับการเกิดฟองในระบบก็จะลดลง ทำให้การเกิดฟองง่ายขึ้นมาก

ในการผลิตและการใช้งานจริง เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของอิมัลชันที่เตรียมไว้ระหว่างการเก็บรักษา มักจะมีการปรับความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวให้สูงกว่าความเข้มข้นวิกฤตของการเกิดไมเซลล์ แม้ว่าวิธีนี้จะช่วยเพิ่มเสถียรภาพของอิมัลชัน แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง สารลดแรงตึงผิวที่มากเกินไปไม่เพียงแต่จะลดแรงตึงผิวของระบบเท่านั้น แต่ยังห่อหุ้มอากาศที่เข้าสู่อิมัลชัน ทำให้เกิดฟิล์มของเหลวที่ค่อนข้างแข็ง และบนพื้นผิวของเหลวจะเกิดฟิล์มโมเลกุลสองชั้น ซึ่งจะขัดขวางการยุบตัวของฟองอย่างมาก

โฟมคือการรวมตัวกันของฟองอากาศจำนวนมาก ในขณะที่ฟองอากาศเกิดขึ้นเมื่อก๊าซกระจายตัวอยู่ในของเหลว โดยก๊าซเป็นเฟสที่กระจายตัวและของเหลวเป็นเฟสต่อเนื่อง ก๊าซภายในฟองอากาศอาจเคลื่อนย้ายจากฟองหนึ่งไปยังอีกฟองหนึ่ง หรือหลุดออกไปสู่บรรยากาศโดยรอบ ทำให้ฟองอากาศรวมตัวและหายไป

สำหรับน้ำบริสุทธิ์หรือสารลดแรงตึงผิวเพียงอย่างเดียว เนื่องจากองค์ประกอบที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ ฟิล์มโฟมที่เกิดขึ้นจึงขาดความยืดหยุ่น ทำให้โฟมไม่เสถียรและมีแนวโน้มที่จะสลายตัวไปเอง ทฤษฎีทางเทอร์โมไดนามิกส์ชี้ให้เห็นว่าโฟมที่เกิดขึ้นในของเหลวบริสุทธิ์นั้นเป็นเพียงชั่วคราวและจะสลายไปเนื่องจากการระบายของฟิล์ม

ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ในสีเคลือบแบบใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย นอกจากตัวกลางในการกระจายตัว (น้ำ) แล้ว ยังมีอิมัลซิไฟเออร์สำหรับช่วยในการทำให้พอลิเมอร์เป็นอิมัลชัน รวมถึงสารช่วยกระจายตัว สารช่วยให้เปียก สารเพิ่มความหนืด และสารเติมแต่งสีเคลือบประเภทสารลดแรงตึงผิวอื่นๆ เนื่องจากสารเหล่านี้อยู่ร่วมกันในระบบเดียวกัน การเกิดฟองจึงมีโอกาสสูง และส่วนประกอบคล้ายสารลดแรงตึงผิวเหล่านี้จะช่วยทำให้ฟองที่เกิดขึ้นมีความเสถียรมากขึ้น

เมื่อใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดไอออนิกเป็นอิมัลซิไฟเออร์ ฟิล์มฟองอากาศจะได้รับประจุไฟฟ้า เนื่องจากแรงผลักระหว่างประจุที่รุนแรง ฟองอากาศจึงต้านทานการรวมตัวกัน ยับยั้งกระบวนการที่ฟองอากาศขนาดเล็กจะรวมตัวกันเป็นฟองอากาศขนาดใหญ่แล้วยุบตัวลง ส่งผลให้ยับยั้งการยุบตัวของฟองและทำให้ฟองคงตัว

ติดต่อเรา!