طرق إزالة الرغوة للرغوة الزائدة الناتجة عن زيادة تركيز الفاعل بالسطح

عندما يدخل الهواء إلى الطور السائل، فإنه بالكاد يذوب في الماء وينقسم إلى فقاعات صغيرة لا حصر لها بواسطة قوة القص الخارجية، مما يشكل نظام رغوة غير متجانس. يؤدي تكوين الرغوة إلى توسيع منطقة الاتصال بالغاز والسائل بشكل كبير وزيادة الطاقة الحرة للنظام.

ومع ارتفاع تركيز المادة الخافضة للتوتر السطحي، ينخفض ​​التوتر السطحي للنظام بشكل حاد في البداية ويستقر إلى قيمة التوازن مع زيادة التركيز. أثبتت التجارب التي أجراها ميلز وشيدلوفسكي أن النقاط الدنيا غير الطبيعية على منحنى التوتر السطحي تنتج بشكل أساسي من شوائب النظام أو التفاعلات بين المواد الخافضة للتوتر السطحي المختلفة، وتشير نقطة التحول هذه إلى تركيز المذيلة الحرجة (CMC). بمجرد وصول التركيز إلى CMC، تترتب جزيئات الفاعل بالسطح الوفيرة بشكل مضغوط على سطح السائل لتشكل طبقة أحادية جزيئية كثيفة وخالية من الفجوات، مما يقلل من التوتر السطحي الإجمالي. يقلل التوتر السطحي المنخفض من عتبة الطاقة الحرة لتكوين الرغوة، مما يجعل عملية الرغوة أسهل بكثير.

في الإنتاج الصناعي، يتم عمومًا تحديد جرعات من المواد الخافضة للتوتر السطحي أعلى من CMC لضمان استقرار تخزين المستحلبات على المدى الطويل. على الرغم من تحسين استقرار المستحلب، فإن المواد الخافضة للتوتر السطحي المفرطة تجلب جوانب سلبية واضحة: إلى جانب خفض التوتر السطحي، تقوم المواد الخافضة للتوتر السطحي الزائدة بتغليف الهواء المحبوس داخل المستحلبات لتشكيل أفلام سائلة صلبة وبناء طبقة ثنائية الجزيئية على سطح السائل، مما يزيد بشكل كبير من صعوبة تحلل الرغوة.

الرغوة عبارة عن مجموعة من الفقاعات العديدة، حيث يكون الغاز هو الطور المشتت والسائل هو الطور المستمر. يمكن أن ينتشر الغاز الموجود داخل الفقاعات عبر الفقاعات المجاورة أو يتسرب إلى الهواء المحيط، مما يؤدي في النهاية إلى اندماج الفقاعات وتمزقها.

تتميز المياه النقية أو محاليل الفاعل بالسطح ذات المكون الواحد بتركيبات متجانسة. وتفتقر أغشيةها السائلة المتكونة إلى المرونة، وبالتالي فإن الرغوة الناتجة تكون غير مستقرة وتنهار تلقائيًا. ترى نظريات الديناميكا الحرارية أن الرغاوي الناتجة عن السوائل النقية تكون مؤقتة وتتحلل عن طريق تصريف السائل من جدران الغشاء.

تحتوي الطلاءات المنقولة بالماء على الماء ومستحلبات البوليمر والعديد من الإضافات النشطة على السطح بما في ذلك المشتتات وعوامل الترطيب والمكثفات. تؤدي هذه المواد النشطة المتواجدة بسهولة إلى ظهور الرغوة وتثبيت الرغوة الموجودة.

1. بعد الرغوة، يؤدي الجذب بين الجزيئات إلى دفع المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى الامتصاص في أفلام الفقاعات. تمتد المجموعات المحبة للماء إلى المستحلب الخارجي بينما تشير المجموعات الكارهة للماء نحو الهواء داخل الفقاعات. ينتج الترتيب الجزيئي المنتظم في السطح البيني للغاز والسائل أغشية مرنة تقاوم التمزق. تعمل الجاذبية على تحفيز تصريف السائل أسفل طبقة الفقاعة وترقق الفيلم جزئيًا. هناك آليتان للإصلاح الذاتي تمنعان انهيار الفيلم: يحدث انكماش جيبس ​​المرن عندما تؤدي منطقة الفيلم الموسعة إلى زيادة التوتر السطحي المحلي وتولد تدرجات توتر لتقليص الفيلم؛ يمكّن تأثير مارانجوني جزيئات الفاعل بالسطح الممتزة من الانتقال من المناطق منخفضة التوتر إلى مناطق التوتر العالي لتحقيق توتر سطحي موحد. معًا، يحافظ التأثيران على رغوة ثابتة.

2. تحمل المستحلبات الأيونية شحنات ثابتة على أفلام الفقاعات. يمنع التنافر الكهروستاتيكي بين الفقاعات المشحونة بشكل متماثل الفقاعات الصغيرة من الاندماج في فقاعات أكبر، مما يعيق إزالة الرغوة الطبيعية وتثبيت الرغوة.

3. تعمل المستحلبات طويلة السلسلة على خلق تجاذب جزيئي قوي بين السلاسل الجزيئية، مما يمنح أغشية الفقاعات مرونة ممتازة وقوة ميكانيكية لمقاومة التشقق وإعاقة إزالة الرغوة.

4. تتم إضافة عوامل سماكة لتعزيز لزوجة الطلاءات المنقولة بالماء. تعمل اللزوجة العالية على إعاقة تدفق السائل بين الفقاعات، وتبطئ ترقق الغشاء وتوقف تمزق الغشاء، مما يؤدي إلى استقرار الرغوة وتعقيد عملية إزالة الرغوة.