Faktory ovlivňující stabilitu emulzí
V praktických aplikacích se stabilita emulze vztahuje ke schopnosti kapiček dispergované fáze odolávat koalescenci. Mezi metrikami pro měření stability emulze je klíčová rychlost koalescence mezi dispergovanými kapičkami; lze ji určit měřením toho, jak se počet kapiček na jednotku objemu mění v čase. Jak se kapičky v emulzi slučují do větších a nakonec vedou k jejich rozbití, rychlost tohoto procesu závisí především na následujících faktorech: fyzikálních vlastnostech mezifázového filmu, elektrostatickém odpuzování mezi kapičkami, sterické zábrany od polymerních filmů, viskozitě spojité fáze, velikosti a distribuci kapiček, poměru objemů fází, teplotě atd.
Z nich jsou nejdůležitější fyzikální povaha mezifázového filmu, elektrické interakce a sterická zábrana.
(1) Fyzikální vlastnosti mezifázového filmu
Srážky mezi kapičkami dispergované fáze jsou předpokladem pro koalescenci. Koalescence probíhá nepřetržitě a zmenšuje malé kapičky na větší, dokud se emulze nerozbije. Během srážek a spojování je mechanická pevnost mezifázového filmu kapičky nejdůležitějším určujícím faktorem stability emulze. Aby mezifázový film získal značnou mechanickou pevnost, musí být koherentní – jeho molekuly povrchově aktivní látky jsou spojeny silnými bočními silami. Film musí mít také dobrou elasticitu, aby se v případě lokálního poškození v důsledku srážek kapiček mohl spontánně opravit.
(2) Elektrické interakce
Povrchy kapek v emulzích mohou nabývat určitého náboje z různých důvodů: ionizace iontových povrchově aktivních látek, adsorpce specifických iontů na povrch kapek, tření mezi kapkami a okolním médiem atd. V emulzích olej ve vodě (O/W) hraje nabíjení kapek zásadní roli v předcházení agregaci, koalescenci a případnému rozbití. Podle teorie koloidní stability van der Waalsovy síly přitahují kapky k sobě; když se však kapky přiblíží natolik, že se jejich povrchové dvojité vrstvy překryjí, elektrostatické odpuzování brání dalšímu přiblížení. Je zřejmé, že pokud odpuzování převažuje nad přitažlivostí, kapky jsou méně náchylné ke srážkám a koalescenci a emulze zůstává stabilní; jinak dochází ke koalescenci a rozbití.
Pokud jde o emulze voda v oleji (W/O), vodní kapičky nesou malý náboj a protože kontinuální fáze má nízkou dielektrickou konstantu a silnou dvojitou vrstvu, elektrostatické efekty mají jen malý vliv na stabilitu.
(3) Sterická stabilizace
Když polymery slouží jako emulgátory, mezifázová vrstva se podstatně ztlušťuje a vytváří kolem každé kapky robustní lyofilní štít – prostorovou bariéru, která brání kapkám v přiblížení a kontaktu. Lyofilní povaha polymerních molekul také zachycuje značné množství kapaliny v kontinuální fázi v ochranné vrstvě, čímž ji činí gelovitou. V důsledku toho vykazuje mezifázová oblast zvýšenou mezifázovou viskozitu a příznivou viskoelasticitu, což pomáhá zabránit slučování kapek a zachovat stabilitu. I když dojde k určité koalescenci, polymerní emulgátory se často shromažďují na zmenšeném rozhraní do vláknité nebo krystalické formy, čímž se mezifázový film ztlušťuje a tím se brání další koalescenci.
(4) Rovnoměrnost distribuce velikosti kapek
Když je daný objem dispergované fáze rozbit na kapičky různých velikostí, systém obsahující větší kapičky má menší celkovou mezifázovou plochu, a tím i nižší mezifázovou energii, což zajišťuje větší termodynamickou stabilitu. V emulzi, kde koexistují kapičky velké i malé velikosti, mají malé kapičky tendenci se zmenšovat, zatímco velké rostou. Pokud tento postup nekontrolovaně pokračuje, nakonec dojde k rozbití. Emulze s úzkým, rovnoměrným rozdělením velikosti kapiček je proto stabilnější než emulze, jejíž průměrná velikost kapiček je stejná, ale jejíž rozsah velikostí je široký.
(5) Vliv teploty
Kolísání teploty může změnit povrchové napětí, vlastnosti a viskozitu mezifázového filmu, relativní rozpustnost emulgátoru v obou fázích, tlak par kapalných fází a tepelný pohyb dispergovaných kapiček. Všechny tyto změny mohou ovlivnit stabilitu emulze a mohou dokonce vyvolat fázovou inverzi nebo rozpad.
Čas zveřejnění: 27. listopadu 2025