Исследователи из Института Макса фон Лауэ – Поля Лангевина (Гренобль, Франция), выявили количественные закономерности, лежащие в основе аномального поверхностного напряжения, проявляющегося смесями полиэлектролит/поверхностно-активное вещество.

Результаты их исследования позволяют говорить о том, что существенное увеличение поверхностного напряжения, влияющее на производство фармацевтических и косметических составов, вызвано существенной степенью агрегации активных ингредиентов исследуемых смесей. Исследователи в общих чертах обрисовали способ, позволяющий изменять характер границы раздела фаз просто за счет изменения состава соответствующих смесей.

Поверхностная активность представляет собой способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз и является производной поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении концентрации к нулю. Значение поверхностной активности отвечает за форму капель жидкости, попадающих на определенные поверхности, а также обуславливает то, что некоторые насекомые могут скользить по поверхности водоема.

Поверхностно-активные вещества понижают значение поверхностной активности жидкости. Эти вещества зачастую используются в комбинации с полиэлектролитами, что значительно увеличивает эффективность детергентов, увлажняющих агентов, эмульгаторов, пенообразователей, шампуней и кондиционеров. Помимо прочего взаимодействие поверхностно-активных веществ с природными полиэлектролитами, например, белками и ДНК, играет важную роль в биологических процессах, а также в трансфекции генов и направленной доставке лекарственных препаратов.

Однако промышленное производство и производительность смесей оказывается в зависимости от явления, обнаруженного достаточно давно. При введении поверхностно-активного вещества в раствор полиэлектролита первоначально происходит уменьшение поверхностного натяжения, однако дальнейшее увеличение концентрации ПАВ приводит к существенному увеличению значения поверхностного натяжения. Такие изменения приводят к изменению внешнего вида смеси – помутнение раствора, образующееся при смешении компонентов, быстро исчезает.

С точки зрения промышленного производства увеличение поверхностного натяжения приводит к понижению эффективности добавок, часто приводя к необходимости введения в систему дополнительных количеств ПАВ и повышению стоимости состава. Как следствие, специалисты по ПАВ проявляют большой интерес к взаимодействиям, проявляющимся на атомно-молекулярном уровне, как в растворе ПАВ, так и на границе раздела фаз. Особый интерес, очевидно, вызывают причины, позволяющие каким-либо образом предотвратить нежелательное изменение поверхностного натяжения.

Для изучения этих взаимодействий Ричард Кемпбел (Richard Campbell) с соавторами изучил систему полидиаллилдиметиламмонийхлорид/додецилсульфат натрия с помощбю метода нейтронной рефлектометрии (neutron reflectometry), метода, традиционно применяющегося для изучения состава и строения тонких пленок. Впервые было определено количественно, что изменение поверхностного натяжения, наблюдающееся в процессе смешения ПАВ и полиэлектролита, является следствием медленного осаждения частиц из раствора. Такое осаждение приводит к понижению концентрации компонентов в растворе, что, в свою очередь, уменьшает активность ингредиентов раствора, а также отмечает за исчезновение помутнения.

Также было выяснено, что избежать экстремальных изменений поверхностного натяжения в системе ПАВ-полиэлектролит можно просто за счет незначительного приложения механического воздействия (ажитации раствор). Такое воздействие позволяет редиспергировать осажденные частицы и снова пониззить поверхностное натяжение раствора.