تغییر خواص در غلظت مایسل بحرانی
یک ویژگی مشخص عامل فعال‌سطحی، تجمع خودبه‌خود آن در آب و ایجاد ساختار معین مانند مایسل های کروی، استوانه‌ای، لایه‌های دوگانه و غیره است. گاهی‌اوقات به‌چنین ساختارهایی «ساختارهای کلوئیدی تجمعی» نیز اطلاق می‌شود. ساده‌ترین و قابل‌فهم‌ترین این ساختارها، مایسل است. برای مثال، در غلظت‌های اندک سدیم‌دودِسیل‌سولفات (SDS) مولکول‌های آنیونی دودِسیل‌سولفات به‌صورت یون‌های مستقلی در آب حل می‌شوند. به‌واسطه‌ی وجود زنجیرهای هیدروکربنی، آن‌ها تمایل دارند که در فصل مشترک هوا-آب جذب شوند؛ به‌شکلی که زنجیره‌های هیدروکربنی آن‌ها به‌سمت فاز گازی قرار گیرد. کشش سطحی با افزایش غلظت آن‌ها به‌شدت کاهش می‌یابد. در غلظت مایسل بحرانی (CMC)، این کاهش کشش سطحی متوقف می‌شود. در غلظت‌های بیش از CMC (که برای SDS در آب 3/8 میلی‌مولار است) کشش سطحی تقریباً ثابت باقی می‌ماند.
مشابه چنین پدیده‌ای در مورد فشار اُسمزی یا رسانایی الکتریکی محلول نیز به‌چشم می‌خورد. اگر نگاهی به‌کدورت نوری محلول انداخته شود، این روند معکوس است. هنگامی‌که غلظت به‌میزان CMC می‌رسد، بسیاری از محلول‌ها شفافیت خود را از دست می‌دهند. به‌موازات این پدیده، ویژگی‌ای که مهم‌ترین کاربرد عملی را دارد، تغییر می‌کند. این ویژگی، ظرفیت انحلال ماده‌ی آبگریز دیگر است. در غلظت‌های زیر حد CMC، مواد آبگریز به‌سختی حل می‌شوند. در CMC، انحلال این مواد در محلول آبی بیش‌تر می‌شود. این ظرفیت انحلال با افزایش غلظت عامل فعال‌سطحی بالا می‌رود. امکان دارد اختلاف‌های جزئی در غلظتی که این ویژگی خاص به‌شدت تغییر می‌کند، وجود داشته باشد و مقدار CMC که به‌روش‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شود، متفاوت باشد. اما روند کلی وابستگی عوامل خارجی (مانند دما یا غلظت نمک) همواره مشابه است.
چنین تغییر شدیدی در CMC به‌این دلیل است که در غلظت‌های بالای CMC، عوامل فعال‌سطحی به‌صورت خودبه‌خودی تجمع می‌یابند و مایسل‌ها را ایجاد می‌کنند. زنجیره‌های هیدروکربنی حول این تجمع گرد هم می‌آیند و سر گروه‌های قطبی آن‌ها به‌سمت فاز آبی قرار می‌گیرد. نتیجه یک توده‌ی کروی متشکل از حدوداً 30 الی 100 مولکول عامل فعال‌سطحی به‌همراه یک فاز روغنی در داخل این توده است. نوعاً قطر خارجی این توده 3 تا 6 نانومتر است که توسط پراکنش نور، پراکنش پرتو X زاویه‌ی کوچک (SAXS) و پراکنش نوترون زاویه‌ی کوچک (SANS) در اکسید دوتریم (D2O) قابل‌تعیین است. متناسب با رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) ساختار درونی مایسل ویژگی‌های فاز مایع را از خود نشان می‌دهد.
متوسط عدد تجمعی مایسلی (Nagg) به‌صورت میانگین بیانگر تعداد مولکول‌های عامل فعال‌سطحی تشکیل‌دهنده‌ی یک مایسل است. همه‌ی مایسل‌ها دقیقاً محتوی تعداد معین و یکسانی از عوامل فعال‌سطحی نیستند. در هر لحظه برخی مایسل‌ها، دارای تعداد بیش‌تر و برخی دارای تعداد کم‌تری فعال هستند؛ به‌طوری‌که چندبخشی چشمگیر وجود دارد. در غلظت‌های کم‌تر از CMC، اغلب عوامل فعال‌سطحی، مونومرها یا عدد تجمعی اندکی را ایجاد می‌نمایند. هنوز برخی از مایسل‌ها از پیش وجود دارند. با افزایش غلظت عامل فعال‌سطحی، غلظت مونومرها زیاد می‌شود. همچنین غلظت مایسل‌ها نیز زیاد می‌شود. اما میزان این افزایش اندک است. این امر منجر به‌تغییر در CMC می‌شود. هنگامی‌که CMC به‌غلظت مونومر می‌رسد، تقریباً ثابت باقی می‌ماند و افزودن مایسل فعال سبب تشکیل مایسل‌های جدیدتری می‌شود. توزیع اعداد تجمع تقریباً گوسی و با انحراف معیاری برابر با دلتای Nagg است که تقریباً معادل با ریشه‌ی دوم عدد تجمع متوسط (یعنی جذر Nagg) است. علاوه‌براین، متوسط عدد تجمعی مایسلی دقیقاً ثابت نیست و با افزایش غلظت عامل فعال‌سطحی، اندکی زیاد می‌شود.
مایسل دارای ساختار دینامیک است. از سویی عامل فعال‌سطحی، مایسل را ترک می‌کند و به‌داخل محلول می‌رود و در عین حال، دیگر عوامل فعال‌سطحی از محلول وارد مایسل می‌شوند. مقیاس زمانی موجود در چنین سامانه‌هایی، به‌شدت به‌ساختار مشخصه‌ی عامل فعال‌سطحی و بالاخص به‌طول زنجیره‌ی هیدروکربنی وابسته است. به‌عنوان مثال، زمان ماند یک دودِسیل سولفات منفرد در یک مایسل SDS در دمای 25 درجه‌ی سانتی‌گراد برابر با 6 میکرو ثانیه است. اگر طول زنجیره به‌اندازه‌ی دو واحد متیلن به‌حد دِسیل سولفات کاهش یابد، این زمان تقریباً به‌میزان نیم میکرو ثانیه کاهش می‌یابد. تترا دِسیل سولفات که دو واحد متیلن بیش‌تر از دودِسیل‌سولفات دارد، در حدود 83 میکرو ثانیه در یک مایسل باقی می‌ماند.
مترجم: مهندس مهدیار یافتیان- شرکت سیماب رزین
مرجع
و، حدادی‌اصل؛ ح، بوهندی؛ روش‌های پلیمریزاسیون، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، جلد سوم، ویرایش دوم، فصل ششم: پلیمریزاسیون‌های امولسیونی، ص. 167-165.
