Phương pháp khử bọt khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng và tạo bọt quá mức

Giới thiệu

Sự hình thành bọt là một thách thức phổ biến trong nhiều công thức công nghiệp—đặc biệt là trong các lớp phủ gốc nước —nơi mà chất hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi. Trong khi chất hoạt động bề mặt đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định nhũ tương, phân tán sắc tố và điều chỉnh sức căng bề mặt, chúng cũng vô tình thúc đẩy quá trình tạo bọt và ổn định , đặc biệt khi sử dụng ở nồng độ cao. Bài viết này tìm hiểu nồng độ chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến sự hình thành và độ ổn định của bọt cũng như lý do tại sao việc khử bọt trở nên khó khăn hơn trong các hệ thống này.

Cách tạo bọt trong chất lỏng chứa chất hoạt động bề mặt

Khi không khí đi vào hệ thống chất lỏng , chẳng hạn như trong quá trình trộn hoặc khuấy, nó sẽ bị chia thành các bong bóng nhỏ do độ hòa tan trong nước thấp . Những bong bóng này tạo thành một hệ thống không đồng nhất , làm tăng bề mặt tiếp xúc khí-lỏng và năng lượng tự do của hệ thống..

Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên , sức căng bề mặt lúc đầu giảm nhanh. Tuy nhiên, vượt quá một nồng độ nhất định, sức căng bề mặt sẽ ổn định. Điểm tới hạn này được gọi là Nồng độ Micelle tới hạn (CMC) —một khái niệm quan trọng trong khoa học về chất hoạt động bề mặt. Tại CMC, các phân tử chất hoạt động bề mặt tạo thành lớp đơn lớp được đóng gói chặt chẽ ở bề mặt, giảm thiểu sức căng bề mặt và giảm rào cản năng lượng cho sự hình thành bọt.

Tại sao nồng độ chất hoạt động bề mặt cao lại thúc đẩy tính ổn định của bọt

1. Sức căng bề mặt và sự đóng gói phân tử

Khi vượt quá CMC , các phân tử chất hoạt động bề mặt dư thừa không chỉ bão hòa bề mặt mà còn bao quanh các bọt khí, tạo ra một màng chất lỏng đàn hồi . Điều này làm cho bong bóng khó xẹp hơn, do đó tăng cường độ ổn định của bọt.

2. Các chất phụ gia cùng tồn tại trong sơn phủ gốc nước

Lớp phủ gốc nước là hệ thống phức tạp. Chúng không chỉ chứa nước và chất hoạt động bề mặt (như chất nhũ hóa, chất phân tán và chất làm ướt ) mà còn chứa chất làm đặc và các chất phụ gia khác. Các thành phần này có thể phối hợp với nhau để:

• Khuyến khích sự hình thành bọt

• Tăng cường tường màng xốp

• Ngăn chặn sự sụp đổ bong bóng

Cơ chế ổn định bọt trong hệ thống sơn

(1) Định hướng chất hoạt động bề mặt và độ đàn hồi của màng

Chất hoạt động bề mặt hấp phụ vào thành bong bóng , với các nhóm ưa nước hướng vào chất lỏng và đuôi kỵ nước hướng vào trong không khí. Điều này tạo thành một màng đàn hồi có cấu trúc ngăn ngừa vỡ.

Khi bong bóng thoát ra và mỏng đi, hai cơ chế tự sửa chữa chính sẽ duy trì sự ổn định của nó:

• Độ đàn hồi Gibbs : Khi màng căng ra, sức căng bề mặt tăng lên, dẫn đến sự co lại chống lại sự đứt gãy.

• Hiệu ứng Marangoni : Các phân tử chất hoạt động bề mặt di chuyển từ vùng có áp lực thấp đến vùng có áp lực cao, khôi phục lại sự cân bằng và củng cố màng.

Cùng với nhau, những hiệu ứng này làm cho bọt có độ bền lâu dài và đàn hồi.

(2) Tác dụng của chất nhũ hóa ion

Chất hoạt động bề mặt ion truyền điện tích cho màng xốp. Lực đẩy tĩnh điện giữa các bong bóng tích điện giống nhau ngăn cản chúng hợp nhất (kết lại), ức chế sự phân hủy bọt . Kết quả là các bong bóng nhỏ vẫn tồn tại và việc loại bỏ bọt trở nên khó khăn hơn..

(3) Chất hoạt động bề mặt chuỗi dài và độ bền bọt

Khi chất nhũ hóa có chuỗi phân tử dài , chúng tạo ra lực liên phân tử mạnh , làm tăng độ bền cơ học và độ đàn hồi của vách xốp. Những đặc tính màng nâng cao này ngăn ngừa vỡ bong bóng , ổn định bọt hơn nữa.

(4) Độ nhớt và khả năng giữ bọt

Để cải thiện hiệu suất, chất làm đặc thường được thêm vào lớp phủ gốc nước. Tuy nhiên, độ nhớt cao hơn:

• Hạn chế thoát chất lỏng trong màng bong bóng

• Ngăn ngừa hiện tượng mỏng màng

• Trì hoãn sự sụp đổ bong bóng

Do đó, độ nhớt tăng trực tiếp góp phần ổn định bọt và làm giảm hiệu quả khử bọt..

Phần kết luận

Trong khi các chất hoạt động bề mặt và các chất phụ gia khác rất cần thiết cho hiệu suất của lớp phủ gốc nước , chúng cũng thúc đẩy sự hình thành bọt và độ ổn định , đặc biệt khi được sử dụng ở nồng độ cao. Chất nhũ hóa chuỗi dài , có tính đàn hồi Gibbs , Marangoni có tác dụng , đẩy tĩnh điện và độ nhớt tăng lên đều góp phần tạo ra bọt dai dẳng khó loại bỏ.

Hiểu được các cơ chế này là rất quan trọng đối với các nhà tạo công thức và nhà sản xuất muốn tối ưu hóa độ ổn định của sản phẩm mà không làm giảm hiệu suất khử bọt.