Faktorer der styrer emulsionernes stabilitet
I praktiske anvendelser refererer en emulsions stabilitet til de dispergerede fasedråbers evne til at modstå koalescens. Blandt målepunkterne for måling af emulsionsstabilitet er koalescenshastigheden mellem de dispergerede dråber altafgørende; den kan bestemmes ved at måle, hvordan antallet af dråber pr. volumenhed ændrer sig over tid. Efterhånden som dråber i emulsionen smelter sammen til større dråber og i sidste ende fører til brud, afhænger hastigheden af denne proces hovedsageligt af følgende faktorer: de fysiske egenskaber af grænsefladefilmen, elektrostatisk frastødning mellem dråber, sterisk hindring fra polymerfilm, viskositeten af den kontinuerlige fase, dråbestørrelse og -fordeling, fasevolumenforhold, temperatur osv.
Af disse er den fysiske natur af grænsefladefilmen, elektriske interaktioner og sterisk hindring de mest kritiske.
(1) Fysiske egenskaber ved grænsefladefilmen
Kollision mellem dråber i dispergeret fase er forudsætningen for koalescens. Koalescensen fortsætter uophørligt og krymper små dråber til større, indtil emulsionen bryder. Under kollision og sammensmeltning er den mekaniske styrke af dråbens grænsefladefilm den vigtigste faktor for emulsionsstabilitet. For at give grænsefladefilmen en betydelig mekanisk styrke skal den være en sammenhængende film - dens bestanddele af overfladeaktive molekyler er bundet sammen af stærke laterale kræfter. Filmen skal også have god elasticitet, så den spontant kan reparere sig selv, når der opstår lokal skade fra dråbekollisioner.
(2) Elektriske interaktioner
Dråbeoverflader i emulsioner kan erhverve bestemte ladninger af forskellige årsager: ionisering af ioniske overfladeaktive stoffer, adsorption af specifikke ioner på dråbeoverfladen, friktion mellem dråber og det omgivende medium osv. I olie-i-vand (O/W) emulsioner spiller ladningen af dråber en afgørende rolle i at forhindre aggregering, koalescens og eventuel brud. Ifølge kolloidstabilitetsteorien trækker van der Waals-kræfter dråber sammen; men når dråber kommer tæt nok på hinanden til, at deres dobbelte overfladelag overlapper hinanden, hindrer elektrostatisk frastødning yderligere tæthed. Det er klart, at hvis frastødning opvejer tiltrækning, er dråberne mindre tilbøjelige til at kollidere og koalescere, og emulsionen forbliver stabil; ellers følger koalescens og brud.
Ligesom for vand-i-olie (W/O) emulsioner bærer vanddråberne en lille ladning, og fordi den kontinuerlige fase har en lav dielektricitetskonstant og et tykt dobbeltlag, har elektrostatiske effekter kun en mindre indflydelse på stabiliteten.
(3) Sterisk stabilisering
Når polymerer fungerer som emulgatorer, bliver grænsefladelaget væsentligt tykkere og danner et robust lyofilt skjold omkring hver dråbe - en rumlig barriere, der forhindrer dråber i at komme tæt på og komme i kontakt. Polymermolekylernes lyofile natur indeslutter også en betydelig mængde kontinuerlig fasevæske i det beskyttende lag, hvilket gør det gellignende. Følgelig udviser grænsefladeområdet øget grænsefladeviskositet og gunstig viskoelasticitet, hvilket hjælper med at forhindre dråber i at smelte sammen og bevare stabiliteten. Selv hvis der forekommer en vis koalescens, samles polymeremulgatorer ofte ved den formindskede grænseflade i fiberholdige eller krystallinske former, hvilket fortykker grænsefladefilmen og derved afværger yderligere koalescens.
(4) Ensartethed af dråbestørrelsesfordeling
Når et givet volumen af dispergeret fase nedbrydes i dråber af varierende størrelser, har systemet bestående af større dråber et mindre samlet grænsefladeareal og dermed lavere grænsefladeenergi, hvilket giver større termodynamisk stabilitet. I en emulsion, hvor dråber af både store og små størrelser sameksisterer, har små dråber en tendens til at krympe, mens store dråber vokser. Hvis denne progression fortsætter ukontrolleret, vil der til sidst forekomme brud. Derfor er en emulsion med en smal, ensartet dråbestørrelsesfordeling mere stabil end en, hvis gennemsnitlige dråbestørrelse er den samme, men hvis størrelsesområde er bredt.
(5) Temperaturens indflydelse
Temperaturvariationer kan ændre grænsefladespændingen, grænsefladefilmens egenskaber og viskositet, emulgatorens relative opløselighed i de to faser, damptrykket i de flydende faser og den termiske bevægelse af dispergerede dråber. Alle disse ændringer kan påvirke emulsionsstabiliteten og kan endda forårsage faseinversion eller -brud.
Opslagstidspunkt: 27. november 2025