泡形成の原理と解決法

泡はよく見られる現象です。一般的に言えば、純粋な液体は泡を発生しません。液面と内部が均一なため、弾性のある膜を形成することができません。純粋な液体中に生成された泡は、互いに接触したり液体から逃げたりするとすぐに破裂します。空気と液体の間の界面張力が高すぎるため、気泡が安定して存在できなくなります。

しかし、不溶性ガスが外力の作用を受けて表面張力の低い液体に入ると、液体によって隔離され、安定した泡を形成します。泡の主な原因は界面活性剤であることが多いです。これは、界面活性剤分子が親水性末端基と疎水性末端基を持ち、疎水性末端が泡に面し、親水性末端が水に面した状態で泡の周囲に界面活性剤層を形成できるためです。これにより、気泡と液体間の界面張力が低下し、気泡の存在が安定します。気泡が液体の表面に上昇すると、空気と液体の界面の間にも界面活性剤分子が存在するため、気泡上の界面活性剤層と液体界面活性剤からなる安定した二重層が形成されます。これらの安定した二重層は、それぞれ、空気と液体の界面にある界面活性剤の単層と、液体と空気の界面にある界面活性剤の単層で構成されています。

泡形成メカニズムによれば、泡モノマーは密な球状のリングを形成します。気泡間の排水効果による水浸透プロセスにより、気泡界面間の水は移動し、気泡間の隙間に集中します。この排水の結果、気泡間の狭い間隔により、密に詰まった六角形の泡で構成されるいわゆる泡集合体である八面体泡の形成が促進されます。

乳化切削液、半合成切削液、圧延液、工業用洗浄剤などの金属加工液には、さまざまな種類の界面活性剤が添加されており、大量の泡を発生させ、多くのメーカーにとって頭痛の種となっています。生産の進捗に影響するだけでなく、製品の品質にも影響します。加工中に加熱や冷却が不均一になり、加工精度が不正確になる可能性があります。泡が多すぎると、処理液が処理領域に入らない場合があります。一部の泡は腐食作用を持ち、ワークピースや生産設備、部品に損傷を与える可能性があります。

現在、泡の問題を解決するには主に 2 つの方法があります。 1 つは消泡剤を追加することです。消泡剤は消泡速度が速いですが、消耗品であるため、再購入と手動監視が必要です。もう一つは、物理的かつ機械的に作動し、人による監視なしに連続的かつ中断なく脱泡できる機械式脱泡装置を使用する方法ですが、初期投資が大きくなります。さらに、金属加工油剤メーカーは、泡の問題を根本から解決するために、製品開発の原料として低泡性界面活性剤を選択することもできます。