สารลดแรงตึงผิวยึดติดกับอนุภาคของเม็ดสีผ่านการดูดซับแบบเลือกสรร

2021-04-07 23:42:27

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดสามารถใช้เพื่อกระจายอนุภาคของแข็งละเอียด (โดยเฉพาะเม็ดสี) ในของเหลว สารลดแรงตึงผิวยึดติดกับอนุภาคของเม็ดสีโดยการดูดซับแบบเลือกสรร

ในระบบน้ำ หมู่ที่ไม่ชอบน้ำ (ไลโปฟิลิก) จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาค ในขณะที่หมู่ที่ชอบน้ำ (ไลโปฟิลิก) จะขยายไปสู่เฟสที่เป็นน้ำ หากใช้สารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิก อนุภาคเม็ดสีจะถูกแยกออกจากกันด้วยการทำให้ประจุเสถียร ความเสถียรของประจุเป็นผลมาจากแรงผลักไฟฟ้ารอบอนุภาค เนื่องจากอนุภาคทั้งหมดถูกล้อมรอบด้วยประจุเดียวกัน พวกมันจะผลักกันเมื่ออยู่ใกล้กัน ในระบบการเคลือบแบบน้ำบางระบบ จำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุเพื่อให้การรักษาเสถียรภาพแบบสเตอริกรอบๆ อนุภาค

แตกต่างจากระบบที่ใช้น้ำ ในระบบการเคลือบที่ไม่มีน้ำ หมู่โอเลโอโฟบิก (ชอบน้ำ) จะถูกดูดซับบนพื้นผิวอนุภาค ในขณะที่หมู่โอเลโอโฟบิก (ไม่ชอบน้ำ) ชี้ไปที่เฟสของตัวทำละลาย ในกรณีนี้ การกระจายตัวมีแนวโน้มที่จะคงที่เนื่องจากการทำให้เสถียรแบบสเตอริก การรักษาเสถียรภาพของสเตอริกเกิดจากการขัดขวางของสายโซ่โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวที่ละลายในตัวกลางที่เป็นของเหลว

โครงสร้างของสารช่วยกระจายตัวแตกต่างจากสารทำให้เปียกเล็กน้อย สารช่วยกระจายตัวจะต้องทำให้เปียกและยึดกับพื้นผิวของอนุภาคของแข็ง (เม็ดสี) แต่ต้องมีส่วนหนึ่งของอนุภาคนั้น สร้างความเชื่อมโยงระหว่างอนุภาคกับตัวกลางการกระจายตัว นอกจากนี้ ส่วนที่ไม่ชอบน้ำ (หรือที่เรียกว่าหาง) จะต้องมีความยาวเพียงพอที่จะทำให้สายโซ่ที่ยื่นออกมาจากพื้นผิวเม็ดสีสร้างสิ่งกีดขวางรอบๆ อนุภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในระบบการเคลือบที่ใช้ตัวทำละลาย ความยาวส่วนท้ายของสารลดแรงตึงผิวควรมากกว่า c18h37 สารลดแรงตึงผิวที่มีผลทำให้เปียกได้ดีไม่ใช่สารช่วยกระจายตัวที่มีประสิทธิผลเนื่องจากความยาวของสายโซ่สั้นเกินไป

สารยึดเหนี่ยวที่มีประสิทธิภาพ (สารยึดเกาะ) จะถูกดูดซับบนพื้นผิวเม็ดสี ไม่ละลายน้ำหรือละลายได้เพียงเล็กน้อยในตัวทำละลาย และมีความสัมพันธ์ที่ดีกับพื้นผิวอนุภาค สารยึดเหนี่ยวส่วนใหญ่มีขั้วที่แข็งแกร่งและยึดติดกับพื้นผิวอนุภาคด้วยพันธะไฮโดรเจน ตัวอย่างของกลุ่มสมอคือเอมีน เกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม ยูเรีย กรดคาร์บอกซิลิก ซัลโฟเนต และฟอสเฟต สารยึดเหนี่ยวบางชนิดมีโครงสร้างเฉพาะ เช่น โมเลกุลสีย้อมแบนขนาดใหญ่ ซึ่งใช้ในการยึดเหนี่ยวเม็ดสีสีเขียวพทาโลไซยานีนและสีฟ้าพทาโลไซยานีน โครงสร้างโมเลกุลของสีย้อมเหล่านี้คล้ายคลึงกับเม็ดสีและมีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงกับเม็ดสี

ไม่มีสารทำให้เปียกและกระจายตัวแบบสากลสำหรับเม็ดสีทั้งหมด อย่างไรก็ตาม สามารถรับเอฟเฟกต์การทำให้เปียกและการกระจายตัวที่ดีขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้โดยการเลือกกลุ่มพุกที่มีส่วนหางที่เหมาะสมและเหมาะสมกับส่วนผสมของเม็ดสีบางชนิด

มีหลายวิธีที่จะทำให้โมเลกุลมีทั้งมวลที่ยึดและส่วนหาง ดูเหมือนว่าโมเลกุลที่มีโครงสร้างสายโซ่กิ่งและกลุ่มขั้วบนสายโซ่กิ่งจะมีผลการกระจายตัวที่ดีที่สุด ห่วงโซ่สาขามีบทบาทเป็นกลุ่มจุดยึด และการวนซ้ำระหว่างจุดลิงก์สาขาคือส่วนท้าย บล็อก A-B (a คือมวลพุก, B คือส่วนหางที่ไม่ชอบน้ำ) สารลดแรงตึงผิวโพลีเมอร์แบบกราฟต์หรือแบบหวีอาจเป็นบล็อก A-B-A, บล็อก b-a-b อาจเป็นสารช่วยกระจายตัวของเม็ดสีที่มีประสิทธิผลมากสำหรับระบบที่ไม่มีน้ำ