Ursprung der Stabilisierungen von wässrigen Schäumen in Nanopartikel–Tensidmischungen

Durch eine Reihe komplementärer Experimente wurde eine detaillierte Untersuchung des Verhaltens von Luft-in-Wasser-Schäumen durchgeführt, die durch eine Mischung aus Silica-Nanopartikeln und reinem kationischen Tensid stabilisiert werden. Bei hohem pH-Wert, bei dem die Partikel signifikant negativ geladen sind und das Tensid positiv geladen ist, ist mit Partikeln allein kein Schaum möglich, während schaumstabilisierte Tenside bei allen Konzentrationen innerhalb eines Tages vollständig auseinanderbrechen. In den Partikel–Tensidmischungen tritt ein Synergismus in Bezug auf Schaumbildung und Stabilität auf, der auf die Adsorption von Tensidmolekülen auf Partikeloberflächen zurückzuführen ist. Die Schaumbildung von gemischten Dispersionen ist im Vergleich zu Tensidlösungen allein erheblich reduziert. Die Schaumstabilität erreicht jedoch ein Maximum in Bezug auf die Tensidkonzentration, und diese Schäume sind bemerkenswert stabil. Basierend auf unseren Erkenntnissen aus den Messungen der Dispensionsstabilität, den ζ-Potentialen der Partikel, der Adsorptionsisotherme von Tensid auf Partikeln und den relevanten Kontaktwinkeln von Wasser in Luft auf Silica-Oberflächen, ziehen wir den Schluss, dass Schäume am stabilsten sind, wenn die Partikel stark flokkuliert sind, was bedeutet, dass sie eine niedrige Ladung aufweisen, maximal hydrophob sind und eine adsorbierte Monolage von Tensid enthalten. Die Kryo-Scanning-Elektronenmikroskopie (Kryo-SEM) Analyse der gleichen Schäume führt uns zu der Annahme, dass die Schaumstabilisierung von einem Tensid dominierten Zustand bei niedriger Tensidkonzentration zu einem partikel dominierten Zustand bei mittleren Konzentrationen wechselt und bei höheren Konzentrationen wieder zu einem Tensid dominierten Zustand zurückkehrt.