الآلية تُغير المواد الفعالة سطحياً، بصفتها مُعدِّلات للسطح البيني، خصائص بنية المسام للمنتج النهائي بشكل ملحوظ أثناء تجفيف المسحوق، وذلك من خلال التأثير على التفاعلات وسلوك التراص بين الجزيئات. تستكشف هذه الورقة البحثية بشكل منهجي آلية تأثير المواد الفعالة سطحياً، وقواعد تنظيمها، وأهميتها التطبيقية على توزيع المسام في المساحيق المجففة، كما تحلل البيانات التجريبية ذات الصلة.
أولاً: الظواهر الأساسية لتنظيم توزيع المسام بواسطة المواد الفعالة سطحياً
في تجربة تجفيف مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة كمثال، تشكلت تكتلات صلبة في العينة الخالية من المادة الفعالة سطحياً بعد التجفيف، مع توزيع غير متجانس للغاية لأحجام المسام. تجاوز حجم المسام الأقصى 3 ميكرومتر، بينما بلغ حجم المسام الأدنى 0.05 ميكرومتر فقط، أي بفارق يصل إلى 60 ضعفاً. في المقابل، بعد إضافة كمية مناسبة من المادة الفعالة سطحياً، ظل المسحوق مفككاً، مع تركيز أحجام المسام بين 0.02 و0.1 ميكرومتر، ولم يتجاوز حجم المسام الأقصى 0.5 ميكرومتر، مما أدى إلى تحسين تجانس توزيع المسام بشكل ملحوظ.
لوحظت ظواهر مماثلة في أنظمة مساحيق مختلفة. على سبيل المثال، في تحضير جسيمات أكسيد الزنك النانوية، عندما كانت النسبة المولية لـ بولي إيثيلين جلايكول-400 إلى الزنك²⁺ هي 1:16، كان حجم جسيمات المسحوق الناتج أقل من 10 نانومتر، ولم يظهر أي تكتل واضح، مع زيادة في حجم المسام بنسبة 42% تقريبًا مقارنةً بالنظام الخالي من المواد الفعالة سطحيًا. تُظهر هذه النتائج أن المواد الفعالة سطحيًا تلعب دورًا هامًا في تثبيط التكتل وتحسين بنية المسام.
ثانياً: آلية عمل المواد الفعالة بالسطح
ينبع تنظيم بنية المسام بواسطة المواد الفعالة سطحياً بشكل أساسي من سلوك امتصاصها عند السطح البيني بين المادة الصلبة والسائلة، وتدخلها في قوى التجاذب بين الجزيئات أثناء التجفيف. ويمكن تلخيص ذلك في الآليتين التاليتين:
تقليل الضغط الشعري ومنع تكوين التكتلات الصلبة
أثناء عملية تجفيف المسحوق الرطب، يُولّد تبخر السائل ضغطًا شعريًا سلبيًا بين الجزيئات، مما يؤدي إلى تكتلها وتكوين تجمعات صلبة. بعد امتصاص المواد الفعالة سطحيًا على سطح الجزيئات، فإنها تُقلل التوتر السطحي بين الطورين الصلب والسائل، وبالتالي تُخفّض الضغط الشعري من حوالي 10⁴ باسكال إلى حوالي 10³ باسكال، مما يُقلل بشكل فعال من تكتل الجزيئات الناتج عن الانكماش الشعري.
يُعيق التداخل الفراغي تكوين الروابط الكيميائية بين الجزيئات.
يشكل التركيب الجزيئي طويل السلسلة للمواد الفعالة سطحياً حاجزاً فراغياً على سطح الجسيمات، مما يمنع تكوين الروابط الهيدروجينية ومجموعات الهيدروكسيل الرابطة بين الجسيمات، وبالتالي يقلل من التكتل غير القابل للانعكاس. تُظهر البيانات التجريبية أن إضافة المواد الفعالة سطحياً يمكن أن تقلل العدد الإجمالي للجسيمات أثناء التجفيف من 99.9% إلى أقل من 30%، مما يدل على كبح تكتل الجسيمات بشكل ملحوظ.
