Quins són els factors que contribueixen a l'estabilitat de l'emulsió?

Factors que governen l'estabilitat de les emulsions​

En aplicacions pràctiques, l'estabilitat d'una emulsió es refereix a la capacitat de les gotes de fase dispersa per resistir la coalescència. Entre les mètriques per mesurar l'estabilitat de l'emulsió, la taxa de coalescència entre les gotes disperses és primordial; es pot determinar mesurant com canvia el nombre de gotes per unitat de volum amb el temps. A mesura que les gotes de l'emulsió es fusionen en gotes més grans i finalment condueixen a la ruptura, la velocitat d'aquest procés depèn principalment dels factors següents: les propietats físiques de la pel·lícula interfacial, la repulsió electrostàtica entre les gotes, l'impediment estèric de les pel·lícules de polímer, la viscositat de la fase contínua, la mida i la distribució de les gotes, la relació volumètrica de les fases, la temperatura, etc.

D'aquests, la naturalesa física de la pel·lícula interfacial, les interaccions elèctriques i l'impediment estèric són els més crítics.

(1) Propietats físiques de la pel·lícula interfacial

La col·lisió entre gotes de fase dispersa és el requisit previ per a la coalescència. La coalescència es produeix incessantment, reduint les gotes petites en gotes més grans fins que l'emulsió es trenca. En el curs de la col·lisió i la fusió, la resistència mecànica de la pel·lícula interfacial de la gota es manté com el principal determinant de l'estabilitat de l'emulsió. Per dotar la pel·lícula interfacial d'una resistència mecànica substancial, ha de ser una pel·lícula coherent: les seves molècules tensioactives constituents estan unides per fortes forces laterals. La pel·lícula també ha de tenir una bona elasticitat, de manera que quan es produeixin danys localitzats a causa de col·lisions de gotes, pugui reparar-se espontàniament.

(2) Interaccions elèctriques

Les superfícies de les gotes en emulsions poden adquirir certes càrregues per diverses raons: ionització de tensioactius iònics, adsorció d'ions específics a la superfície de la gota, fricció entre les gotes i el medi circumdant, etc. En les emulsions d'oli en aigua (O/A), la càrrega de les gotes juga un paper vital en la prevenció de l'agregació, la coalescència i l'eventual trencament. Segons la teoria de l'estabilitat col·loïdal, les forces de van der Waals uneixen les gotes; tanmateix, quan les gotes s'acosten prou perquè les seves dobles capes superficials se superposin, la repulsió electrostàtica impedeix una major proximitat. Clarament, si la repulsió supera l'atracció, les gotes són menys propenses a xocar i coalescer, i l'emulsió roman estable; en cas contrari, es produeixen la coalescència i el trencament.

Pel que fa a les emulsions d'aigua en oli (W/O), les gotes d'aigua porten poca càrrega i, com que la fase contínua té una constant dielèctrica baixa i una doble capa gruixuda, els efectes electrostàtics només exerceixen una influència menor sobre l'estabilitat.

(3) Estabilització estèrica

Quan els polímers serveixen com a emulsionants, la capa interfacial esdevé substancialment més gruixuda, formant un escut liofílic robust al voltant de cada gota, una barrera espacial que impedeix que les gotes s'acostin i facin contacte. La naturalesa liofílica de les molècules de polímer també atrapa una quantitat considerable de líquid en fase contínua dins de la capa protectora, fent-la semblant a un gel. En conseqüència, la regió interfacial presenta una viscositat interfacial augmentada i una viscoelasticitat favorable, que ajuden a prevenir la fusió de les gotes i a preservar l'estabilitat. Fins i tot si es produeix una certa coalescència, els emulsionants de polímer sovint s'acoblen a la interfície disminuïda en formes fibroses o cristal·lines, espessint la pel·lícula interfacial i evitant així una major coalescència.

(4) Uniformitat de la distribució de la mida de les gotes

Quan un volum determinat de fase dispersa es trenca en gotes de diferents mides, el sistema que comprèn gotes més grans té una àrea interfacial total més petita i, per tant, una energia interfacial més baixa, cosa que confereix una major estabilitat termodinàmica. En una emulsió on coexisteixen gotes de mides grans i petites, les gotes petites tendeixen a encongir-se mentre que les grans creixen. Si aquesta progressió continua sense control, finalment es produirà la ruptura. Per tant, una emulsió amb una distribució de mida de gota estreta i uniforme és més estable que una que tingui la mateixa mida mitjana de gota però amb un rang de mida ampli.

(5) Influència de la temperatura

Les variacions de temperatura poden alterar la tensió interfacial, les propietats i la viscositat de la pel·lícula interfacial, la solubilitat relativa de l'emulsionant en les dues fases, la pressió de vapor de les fases líquides i el moviment tèrmic de les gotes disperses. Tots aquests canvis poden afectar l'estabilitat de l'emulsió i fins i tot induir la inversió o trencament de fases.