Παράγοντες που διέπουν τη σταθερότητα των γαλακτωμάτων
Σε πρακτικές εφαρμογές, η σταθερότητα ενός γαλακτώματος αναφέρεται στην ικανότητα των σταγονιδίων της διασπαρμένης φάσης να αντιστέκονται στη συγχώνευση. Μεταξύ των μετρήσεων για τη μέτρηση της σταθερότητας του γαλακτώματος, ο ρυθμός συγχώνευσης μεταξύ των διασπαρμένων σταγονιδίων είναι πρωταρχικής σημασίας. Μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας πώς αλλάζει ο αριθμός των σταγονιδίων ανά μονάδα όγκου με την πάροδο του χρόνου. Καθώς τα σταγονίδια στο γαλάκτωμα συγχωνεύονται σε μεγαλύτερα και τελικά οδηγούν σε θραύση, η ταχύτητα αυτής της διαδικασίας εξαρτάται κυρίως από τους ακόλουθους παράγοντες: τις φυσικές ιδιότητες της διεπιφανειακής μεμβράνης, την ηλεκτροστατική άπωση μεταξύ των σταγονιδίων, την στερεοχημική παρεμπόδιση από τις πολυμερικές μεμβράνες, το ιξώδες της συνεχούς φάσης, το μέγεθος και την κατανομή των σταγονιδίων, την αναλογία όγκου φάσης, τη θερμοκρασία και ούτω καθεξής.
Από αυτά, η φυσική φύση της διεπιφανειακής μεμβράνης, οι ηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις και η στερεοχημική παρεμπόδιση είναι τα πιο κρίσιμα.
(1) Φυσικές Ιδιότητες της Διεπιφανειακής Φιλμ
Η σύγκρουση μεταξύ σταγονιδίων διασκορπισμένης φάσης είναι η προϋπόθεση για τη συγχώνευση. Η συγχώνευση προχωρά αδιάκοπα, συρρικνώνοντας μικρά σταγονίδια σε μεγαλύτερα μέχρι να σπάσει το γαλάκτωμα. Κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης και της συγχώνευσης, η μηχανική αντοχή της μεμβράνης διεπιφάνειας της σταγόνας αποτελεί τον κύριο παράγοντα σταθερότητας του γαλακτώματος. Για να προσδώσει στην μεμβράνη διεπιφάνειας ουσιαστική μηχανική αντοχή, πρέπει να είναι μια συνεκτική μεμβράνη - τα συστατικά μόρια επιφανειοδραστικής ουσίας της να συνδέονται μεταξύ τους με ισχυρές πλευρικές δυνάμεις. Η μεμβράνη πρέπει επίσης να διαθέτει καλή ελαστικότητα, έτσι ώστε όταν εμφανίζεται εντοπισμένη ζημιά από συγκρούσεις σταγονιδίων, να μπορεί να επιδιορθωθεί αυθόρμητα.
(2) Ηλεκτρικές Αλληλεπιδράσεις
Οι επιφάνειες των σταγονιδίων σε γαλακτώματα μπορεί να αποκτήσουν ορισμένα φορτία για διάφορους λόγους: ιονισμό ιοντικών επιφανειοδραστικών ουσιών, προσρόφηση συγκεκριμένων ιόντων στην επιφάνεια των σταγονιδίων, τριβή μεταξύ των σταγονιδίων και του περιβάλλοντος μέσου, κ.λπ. Σε γαλακτώματα λαδιού σε νερό (O/W), η φόρτιση των σταγονιδίων παίζει ζωτικό ρόλο στην πρόληψη της συσσωμάτωσης, της συγχώνευσης και της τελικής θραύσης. Σύμφωνα με τη θεωρία σταθερότητας κολλοειδών, οι δυνάμεις van der Waals έλκουν τα σταγονίδια μεταξύ τους. Ωστόσο, όταν τα σταγονίδια πλησιάζουν αρκετά ώστε τα διπλά επιφανειακά τους στρώματα να επικαλύπτονται, η ηλεκτροστατική άπωση εμποδίζει την περαιτέρω εγγύτητα. Σαφώς, εάν η άπωση υπερτερεί της έλξης, τα σταγονίδια είναι λιγότερο επιρρεπή σε σύγκρουση και συγχώνευση, και το γαλάκτωμα παραμένει σταθερό. Διαφορετικά, ακολουθεί συγχώνευση και θραύση.
Όσον αφορά τα γαλακτώματα νερό-σε-λάδι (W/O), τα σταγονίδια νερού φέρουν μικρό φορτίο και επειδή η συνεχής φάση έχει χαμηλή διηλεκτρική σταθερά και παχύ διπλό στρώμα, τα ηλεκτροστατικά φαινόμενα ασκούν μόνο μικρή επίδραση στη σταθερότητα.
(3) Στερεοχημική Σταθεροποίηση
Όταν τα πολυμερή χρησιμεύουν ως γαλακτωματοποιητές, το διεπιφανειακό στρώμα γίνεται σημαντικά παχύτερο, σχηματίζοντας μια ισχυρή λυοφιλική ασπίδα γύρω από κάθε σταγόνα - ένα χωρικό φράγμα που εμποδίζει τα σταγονίδια να πλησιάσουν και να έρθουν σε επαφή. Η λυοφιλική φύση των πολυμερικών μορίων παγιδεύει επίσης μια σημαντική ποσότητα υγρού συνεχούς φάσης μέσα στο προστατευτικό στρώμα, καθιστώντας το σαν πηκτή. Κατά συνέπεια, η διεπιφανειακή περιοχή παρουσιάζει αυξημένο ιξώδες διεπιφανείας και ευνοϊκή ιξωδοελαστικότητα, που βοηθούν στην πρόληψη της συγχώνευσης των σταγονιδίων και στη διατήρηση της σταθερότητας. Ακόμα και αν συμβεί κάποια συγχώνευση, οι πολυμερείς γαλακτωματοποιητές συχνά συναρμολογούνται στη μειωμένη διεπιφάνεια σε ινώδεις ή κρυσταλλικές μορφές, πυκνώνοντας τη διεπιφανειακή μεμβράνη και αποτρέποντας έτσι την περαιτέρω συγχώνευση.
(4) Ομοιομορφία Κατανομής Μεγέθους Σταγονιδίων
Όταν ένας δεδομένος όγκος διασπαρμένης φάσης διασπάται σε σταγονίδια διαφόρων μεγεθών, το σύστημα που περιλαμβάνει μεγαλύτερα σταγονίδια έχει μικρότερη συνολική επιφάνεια διεπιφάνειας και επομένως χαμηλότερη ενέργεια διεπιφάνειας, προσδίδοντας μεγαλύτερη θερμοδυναμική σταθερότητα. Σε ένα γαλάκτωμα όπου συνυπάρχουν σταγονίδια μεγάλου και μικρού μεγέθους, τα μικρά σταγονίδια τείνουν να συρρικνώνονται ενώ τα μεγάλα αυξάνονται. Εάν αυτή η εξέλιξη συνεχιστεί ανεξέλεγκτη, τελικά θα συμβεί θραύση. Επομένως, ένα γαλάκτωμα με στενή, ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους σταγονιδίων είναι πιο σταθερό από ένα του οποίου το μέσο μέγεθος σταγονιδίων είναι το ίδιο αλλά του οποίου το εύρος μεγέθους είναι ευρύ.
(5) Επίδραση της θερμοκρασίας
Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας μπορούν να μεταβάλουν την τάση της διεπιφάνειας, τις ιδιότητες και το ιξώδες της διεπιφανειακής μεμβράνης, τη σχετική διαλυτότητα του γαλακτωματοποιητή στις δύο φάσεις, την τάση ατμών των υγρών φάσεων και τη θερμική κίνηση των διασκορπισμένων σταγονιδίων. Όλες αυτές οι αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν τη σταθερότητα του γαλακτώματος και μπορεί ακόμη και να προκαλέσουν αναστροφή ή θραύση φάσης.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Νοεμβρίου 2025