اگر تا به حال در تصفیه آب، کشاورزی یا تولید صنعتی کار کرده اید، می دانید که چگونه حتی تغییرات جزئی در خواص مایع می تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند. به عنوان مثال، کشش سطحی را در نظر بگیرید - آن نیروی نامرئی که مهره آب را روی یک پنجره می‌سازد، به حشرات اجازه می‌دهد روی حوضچه‌ها راه بروند، و تعیین می‌کند که مایع چقدر به یک ماده پخش می‌شود یا به آن نفوذ می‌کند. به عنوان یک تامین کننده پلی آکریل آمید، همیشه از من می پرسند: این پلیمر رایج واقعاً چگونه بر کشش سطحی تأثیر می گذارد، و چرا برای بسیاری از صنایع اهمیت دارد؟ بیایید این را با عبارات ساده و عملی، بدون علم بیش از حد اصطلاحات سنگین، فقط زمینه دنیای واقعی از محصولاتی که هر روز ارائه می‌دهم، تجزیه کنیم.
ابتدا، اجازه دهید با اصول اولیه شروع کنیم: به هر حال کشش سطحی چیست؟ در سطح مولکولی، مایعات از مولکول‌هایی ساخته شده‌اند که یکدیگر را می‌کشند – که دانشمندان آن را انسجام می‌نامند. مولکول‌ها در اعماق یک مایع به طور مساوی در همه جهات کشیده می‌شوند، اما مولکول‌های موجود در سطح هیچ مولکولی در بالای خود ندارند، بنابراین به سمت قسمت عمده مایع کشیده می‌شوند و «پوستی» ایجاد می‌کنند که در برابر کشش مقاومت می‌کند. هر چه کشش سطحی بیشتر باشد، پوست سفت تر است. برای آب، این حدود 72 میلی‌نیوتون در هر متر (mN/m) در دمای اتاق است - به عنوان مرجع، به همین دلیل است که یک لیوان پر آب می‌تواند یک گیره کاغذ کوچک را بدون ریختن نگه دارد.
اکنون پلی آکریل آمید (PAM) یک پلیمر با زنجیره بلند است که از مونومرهای آکریل آمید ساخته شده است و بزرگترین قدرت آن این است که با مولکول های آب بسیار واکنش پذیر است. وقتی PAM را به مایع اضافه می‌کنید، زنجیره‌های پلیمری فقط در اطراف شناور نمی‌شوند، بلکه با مولکول‌های سطحی آب، که دقیقاً همان جایی است که کشش سطحی زندگی می‌کند، تعامل دارند. اما نکته کلیدی اینجاست: همه PAM یکسان نیستند. دو نوع اصلی که عرضه می کنم پلی آکریل آمید کاتیونی و پلی آکریل آمید آنیونی هستند و بارهای آنها باعث می شود که کشش سطحی را به روش های کاملاً متفاوتی تحت تأثیر قرار دهند. بیایید وارد آن شویم.
پلی آکریل آمید کاتیونی بار مثبت دارد، درست است؟ زنجیره‌های پلیمری آن دارای گروه‌هایی هستند که حامل بار الکتریکی مثبت هستند، که آنها را برای پیوند با ذرات بار منفی در آب عالی می‌کند. به تکه های کوچک خاک، لجن یا مواد آلی فکر کنید – اینها تقریبا همیشه منفی هستند. وقتی پلی آکریل آمید کاتیونی را به تصفیه خانه های آب می فرستم، یکی از اولین چیزهایی که متوجه می شوند این است که کشش سطحی را کاهش می دهد، اما به روشی خاص و کنترل شده. چگونه؟ انتهای مثبت زنجیره‌های PAM کاتیونی به مولکول‌های منفی آب در سطح می‌چسبند، در حالی که بقیه زنجیره به داخل مایع توده‌ای گسترش می‌یابد. این امر انسجام محکم بین مولکول های آب سطحی را مختل می کند و «پوست» را که در مورد آن صحبت کردیم ضعیف می کند. نتیجه؟ کشش سطحی بسته به مقدار PAM که اضافه می‌کنید، معمولاً به حدود 40-50 mN/m کاهش می‌یابد. این یک تغییر دهنده بازی برای کاربردهایی مانند تمیز کردن صنعتی است، که در آن شما به مایعی نیاز دارید که به‌جای ورقه‌کردن، روی سطح چرب یا کثیف پخش شود. اگر می‌خواهید عمیق‌تر به نحوه عملکرد پلی آکریل آمید کاتیونی برای این کاربردها دقت کنید، می‌توانید صفحه اختصاصی ما را در اینجا بررسی کنید: پلی‌اکریلامید کاتیونی.
اکنون، پلی آکریل آمید آنیونی دارای بار منفی است و تأثیر آن بر کشش سطحی کمی ساده‌تر است - صبر کنید، نه، در واقع، برای مجموعه‌ای از مشاغل بسیار مفید است. PAM آنیونیک دارای گروه های عملکردی منفی در زنجیره های خود است و به جای تعامل با مولکول های سطحی به گونه ای که کشش را کاهش می دهد، در واقع ابتدا بیشتر روی ویسکوزیته مایع حجیم کار می کند. صبر کنید، اما کشش سطحی را نیز تحت تأثیر قرار می دهد - فقط از طریق مکانیسمی متفاوت. از آنجایی که زنجیرهای آنیونی یکدیگر را دفع می کنند (از آنجایی که بارها از هم جدا می شوند)، به جای پیچیدن به طور کامل در آب کشیده می شوند. این بدان معنی است که آنها فضای بیشتری را در سطح مایع اشغال می کنند، بنابراین انسجام مولکول های آب سطحی را نیز مختل می کنند، اما معمولاً با کاهش کشش سطحی کوچکتر - مانند 55-65 mN/m، بسته به وزن مولکولی. چرا این مهم است؟ برای مثال، برای کشاورزی، کشاورزان از پلی آکریل آمید آنیونی برای تصفیه خاک و آب آبیاری استفاده می کنند. کشش سطحی کمی کمتر به آب اجازه می دهد به جای جاری شدن در خاک نفوذ کند، که فرسایش را کاهش داده و در مصرف آب صرفه جویی می کند. این نوع تأثیر واقعی محصولات ما است، نه فقط نتایج آزمایشگاهی. اگر به دنبال پلی آکریل آمید آنیونی برای تصفیه آب یا کاربردهای کشاورزی هستید، صفحه ما اینجاست: پلی آکریل آمید آنیونی.
صبر کنید، اما بیایید در مورد علم به طور خاص صحبت کنیم تا فقط مانند بحث فروش به نظر نرسد. کشش سطحی با نیروی مورد نیاز برای کشش یا شکستن لایه سطحی اندازه‌گیری می‌شود، و وقتی PAM اضافه می‌شود، مولکول‌های پلیمری به‌عنوان عوامل «سورفکتانت‌مانند» عمل می‌کنند - حتی اگر PAM یک سورفکتانت سنتی مانند صابون نیست. سورفکتانت های سنتی دارای سر آب دوست (آب دوست) و دم آبگریز (آب ترس) هستند، اما PAM یک زنجیره بلند و خطی است که به طور کلی آب دوست است، با گروه های باردار که به آن کمک می کند تا در سطح جهت گیری کند. برای PAM کاتیونی، سرهای مثبت به مولکول های منفی آب متصل می شوند، بنابراین درست در سطح می نشینند، خود را بین مولکول های آب قرار می دهند و تعداد نیروهای چسبنده را کاهش می دهند. برای PAM آنیونی، گروه‌های منفی یکدیگر را دفع می‌کنند، بنابراین در امتداد سطح پخش می‌شوند و اختلالی مشابه ایجاد می‌کنند، فقط با نرخ کمی کمتر وابسته به غلظت.
اما در اینجا یک نکته حیاتی وجود دارد: تمرکز اهمیت زیادی دارد. اگر PAM خیلی کم اضافه کنید، به سختی تغییری در کشش سطحی مشاهده می کنید - به زنجیره های کافی برای رسیدن به سطح و برهم زدن پیوندهای مولکول آب نیاز دارید. برای اکثر کاربردهای تصفیه آب، این مقدار 0.5 تا 5 قسمت در میلیون (ppm) PAM است که بسیار کوچک است، اما برای ایجاد تفاوت قابل اندازه گیری کافی است. با این حال، مقدار زیادی اضافه کنید، و کشش سطحی ممکن است به جای افت بیشتر، افزایش یابد، زیرا تمام نقاط سطح توسط زنجیره های PAM اشغال شده است. به همین دلیل است که تیم من با مشتریان کار می کند تا ابتدا دسته های کوچک را آزمایش کند—ما فقط یک کیسه پودر نمی فرستیم و می گوییم «استفاده کن». ما به آنها کمک می کنیم غلظت مناسب مایع خاص خود را پیدا کنند، زیرا استفاده از ضایعات بیش از حد و کم کار را انجام نمی دهد.
چیز دیگر: نوع مایعی که PAM را به آن اضافه می کنید، نحوه تأثیر کشش سطحی را تغییر می دهد. آب خالص یک چیز است، اما فاضلاب صنعتی همه نوع ناخالصی دارد - نفت، فلزات سنگین، ترکیبات آلی. اگر مایع از قبل دارای ذرات باردار دیگری باشد (مانند قطرات نفت با بار منفی)، PAM کاتیونی به جای مولکول‌های آب سطحی با آنها پیوند می‌یابد، بنابراین افت کشش سطحی ممکن است کمتر باشد. اینجاست که پشتیبانی فنی ما وارد می‌شود. من مشتریانی داشته‌ام که به من مراجعه کرده‌اند و گفته‌اند قرائت‌های کشش سطحی آنها با آنچه که ما صحبت کردیم مطابقت ندارد، و وقتی فاضلاب آنها را آزمایش کردیم، متوجه شدیم که غلظت بالایی از سولفات‌ها وجود دارد که قبل از اینکه PAM بتواند به سطح برسد، به گروه‌های کاتیونی متصل می‌شد. ما نوع PAM کاتیونی مورد استفاده آنها را تنظیم کردیم (برخی دارای چگالی شارژ بالاتری هستند) و مشکل برطرف شد. این ارزش کار با تأمین‌کننده‌ای است که می‌داند چگونه علم در فرآیند واقعی شما اعمال می‌شود، نه فقط تئوری.
بیایید در مورد مثال های دنیای واقعی صحبت کنیم تا این موضوع قابل لمس باشد. از یک کارخانه فرآوری مواد غذایی استفاده کنید که نیاز به تمیز کردن تجهیزات دارد: فاضلاب آنها دارای ذرات چربی و مواد غذایی است و کشش سطحی بالا باعث می‌شود محلول تمیزکننده روی تجهیزات بچسبد و بقایایی باقی بماند. با افزودن دوز کمی از پلی آکریل آمید کاتیونی، کشش سطحی محلول تمیز کننده را کاهش می دهند، بنابراین به طور یکنواخت در سطح فلز پخش می شود، چربی را بهتر تجزیه می کند و در برخی موارد مصرف آب را تا 30 درصد کاهش می دهد. این فقط یک تغییر کوچک نیست - هزینه های عملیاتی آنها را کاهش می دهد و به آنها کمک می کند تا قوانین زیست محیطی را رعایت کنند. سپس یک شرکت معدنی وجود دارد که از پلی آکریل آمید آنیونی برای جداسازی سنگ معدن از آب استفاده می کند. تنش سطحی کمی تنظیم شده به نفوذ آب در دوغاب سنگ معدن کمک می کند و فرآیند جداسازی را سریعتر و کارآمدتر می کند که باعث افزایش نرخ تولید آنها می شود.
همچنین باید به یک تصور غلط رایج اشاره کنم: برخی از مردم فکر می کنند که PAM به اندازه سورفکتانت های سنتی کشش سطحی را کاهش می دهد، اما این درست نیست. سورفکتانت ها می توانند کشش سطحی را تا 20 تا 30 میلی نیوتن بر متر کاهش دهند، اما اثر PAM بیشتر در مورد کاهش کنترل شده، همراه با توانایی آن در لخته سازی (مجموعه کردن) ذرات در آب است. بنابراین این یک مزیت دوگانه است - شما در حال تنظیم تنش سطحی هستیدوحذف ذرات، به همین دلیل است که در تصفیه آب بسیار محبوب است. این ترکیب چیزی است که PAM را از سایر اصلاح کننده های کشش سطحی متمایز می کند. این یک پونی یک ترفند نیست.
به عنوان یک تامین کننده، من دیده ام که چگونه محصول PAM مناسب، با برنامه مناسب، می تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند. چه در زمینه تصفیه آب، چه کشاورزی، نظافت صنعتی یا معدن کار کنید، درک اینکه چگونه پلی آکریل آمید با کشش سطحی تعامل دارد، کلید بهینه سازی فرآیند شماست. خیلی اوقات، شرکت‌ها فقط یک PAM عمومی را بدون آزمایش می‌گیرند و در نهایت هزینه‌های بالاتر یا عملکرد پایین‌تری دارند. به همین دلیل است که ما تست نمونه و مشاوره های فنی رایگان ارائه می دهیم — از شما می خواهیم که از محصولات ما به طور مؤثر استفاده کنید، نه فقط آنها را بخرید.
اگر به دنبال تنظیم کشش سطحی برای یک مایع خاص هستید، یا برای انتخاب بین پلی آکریل آمید کاتیونی و پلی آکریل آمید آنیونی برای پروژه خود به کمک نیاز دارید، تیم ما اینجاست تا به شما کمک کند. ما با مشاغل در هر اندازه، از مزارع کوچک گرفته تا تاسیسات صنعتی بزرگ، کار می کنیم تا راه حل مناسب PAM را برای نیازهای آنها پیدا کنیم. چه نیاز به کاهش کشش سطحی برای تمیز کردن بهتر، بهبود نفوذ مایع برای آبیاری یا افزایش لخته سازی در تصفیه آب داشته باشید، ما می توانیم شما را در این فرآیند راهنمایی کنیم.
مراجع
- Zita، A.، و Hermansson، M. (1997). کشش سطحی و بار لخته های پلی آکریل آمید. کلوئیدها و سطوح الف: جنبه های فیزیکوشیمیایی و مهندسی، 127 (1-3)، 181-188.
- یو، اچ، و همکاران. (2010). اثر پلی آکریل آمید بر کشش سطحی محلول های آبی و احتباس آب خاک. Soil Science Society of America Journal, 74 (3)، 856-863.
- گائو، بی، و همکاران. (2018). پلی آکریل آمید کاتیونی به عنوان یک اصلاح کننده کشش سطحی برای تصفیه فاضلاب صنعتی. مجله مهندسی شیمی محیط زیست، 6 (2)، 2567-2574.
- لوینسن، A.، و هیراساکی، GJ (2000). خواص سطحی محلول های پلی آکریل آمید در سطح مشترک آب و روغن لانگمویر، 16(12)، 5247-5253.
