Mekanisme Surfaktan, sebagai pengubah antarmuka, secara signifikan mengubah karakteristik struktur pori produk akhir selama pengeringan bubuk dengan memengaruhi interaksi dan perilaku pengemasan antar partikel. Makalah ini secara sistematis mengeksplorasi mekanisme pengaruh, aturan pengaturan, dan signifikansi aplikasi surfaktan pada distribusi pori bubuk kering, dan menganalisis data eksperimental yang relevan.
I. Fenomena Dasar Regulasi Distribusi Pori oleh Surfaktan
Mengambil contoh percobaan pengeringan bubuk aluminium hidroksida ultrahalus, sampel tanpa surfaktan membentuk aglomerat keras setelah pengeringan, dengan distribusi ukuran pori yang sangat tidak merata. Ukuran pori maksimum melebihi 3 μm, sedangkan ukuran pori minimum hanya 0,05 μm, perbedaan hingga 60 kali lipat. Sebaliknya, setelah menambahkan surfaktan dalam jumlah yang tepat, bubuk tetap longgar, dengan ukuran pori terkonsentrasi antara 0,02–0,1 μm, dan ukuran pori maksimum tidak melebihi 0,5 μm, secara signifikan meningkatkan keseragaman distribusi pori.
Fenomena serupa diamati dalam berbagai sistem serbuk. Misalnya, dalam pembuatan nanopartikel ZAO, ketika rasio molar PEG-400 terhadap Zn²⁺ adalah 1:16, serbuk yang dihasilkan memiliki ukuran partikel kurang dari 10 nm dan tidak ada aglomerasi yang jelas, dengan peningkatan volume pori sekitar 42% dibandingkan dengan sistem tanpa surfaktan. Hasil ini menunjukkan bahwa surfaktan memainkan peran penting dalam menghambat aglomerasi dan mengoptimalkan struktur pori.
II. Mekanisme Kerja Surfaktan
Pengaturan struktur pori oleh surfaktan terutama berasal dari perilaku adsorpsi surfaktan pada antarmuka padat-cair dan intervensi surfaktan pada gaya antarpartikel selama pengeringan. Secara spesifik, hal ini dapat dirangkum dalam dua mekanisme berikut:
Mengurangi Tekanan Kapiler dan Menghambat Pembentukan Aglomerasi Keras
Selama proses pengeringan bubuk basah, penguapan cairan menghasilkan tekanan negatif kapiler di antara partikel, menyebabkan partikel-partikel tersebut menggumpal dan membentuk aglomerat yang keras. Setelah surfaktan terserap ke permukaan partikel, surfaktan dapat mengurangi tegangan antarmuka padat-cair, sehingga mengurangi tekanan kapiler dari sekitar 10⁴ Pa menjadi sekitar 10³ Pa, yang secara efektif mengurangi agregasi partikel yang disebabkan oleh kontraksi kapiler.
Hambatan sterik menghambat ikatan kimia antarpartikel.
Struktur molekul rantai panjang surfaktan membentuk penghalang sterik pada permukaan partikel, menghambat pembentukan ikatan hidrogen dan gugus hidroksil penghubung antar partikel, sehingga mengurangi agregasi ireversibel. Data eksperimental menunjukkan bahwa penambahan surfaktan dapat mengurangi jumlah total partikel selama pengeringan dari 99,9% menjadi di bawah 30%, yang mengindikasikan bahwa agregasi partikel ditekan secara signifikan.
