Factores que determinan la estabilidad de las emulsiones
En aplicaciones prácticas, la estabilidad de una emulsión se refiere a la capacidad de las gotas de la fase dispersa para resistir la coalescencia. Entre las métricas para evaluar la estabilidad de una emulsión, la velocidad de coalescencia entre las gotas dispersas es fundamental; esta se puede determinar midiendo la variación del número de gotas por unidad de volumen con el tiempo. A medida que las gotas de la emulsión se fusionan en otras más grandes y finalmente se rompen, la velocidad de este proceso depende principalmente de los siguientes factores: las propiedades físicas de la película interfacial, la repulsión electrostática entre gotas, el impedimento estérico de las películas de polímero, la viscosidad de la fase continua, el tamaño y la distribución de las gotas, la relación entre fases y volumen, la temperatura, etc.
De estos, la naturaleza física de la película interfacial, las interacciones eléctricas y el impedimento estérico son los más críticos.
(1) Propiedades físicas de la película interfacial
La colisión entre gotitas de fase dispersa es el prerrequisito para la coalescencia. La coalescencia se produce incesantemente, reduciendo las gotitas en otras más grandes hasta que la emulsión se rompe. Durante la colisión y la fusión, la resistencia mecánica de la película interfacial de la gotita es el principal determinante de la estabilidad de la emulsión. Para dotar a la película interfacial de una resistencia mecánica sustancial, debe ser una película coherente: sus moléculas tensioactivas constituyentes deben estar unidas entre sí por fuertes fuerzas laterales. La película también debe poseer buena elasticidad, de modo que, cuando se produzcan daños localizados por colisiones entre gotitas, pueda repararse espontáneamente.
(2) Interacciones eléctricas
Las superficies de las gotas en emulsiones pueden adquirir ciertas cargas por diversas razones: ionización de surfactantes iónicos, adsorción de iones específicos sobre la superficie de la gota, fricción entre las gotas y el medio circundante, etc. En emulsiones de aceite en agua (O/W), la carga de las gotas desempeña un papel vital para prevenir la agregación, la coalescencia y la eventual ruptura. Según la teoría de la estabilidad coloidal, las fuerzas de van der Waals atraen a las gotas; sin embargo, cuando las gotas se aproximan lo suficiente como para que sus capas dobles superficiales se superpongan, la repulsión electrostática impide una mayor aproximación. Claramente, si la repulsión supera la atracción, las gotas son menos propensas a colisionar y coalescer, y la emulsión permanece estable; de lo contrario, se produce la coalescencia y la ruptura.
En cuanto a las emulsiones de agua en aceite (W/O), las gotas de agua tienen poca carga y, debido a que la fase continua tiene una constante dieléctrica baja y una capa doble gruesa, los efectos electrostáticos ejercen solo una influencia menor en la estabilidad.
(3) Estabilización estérica
Cuando los polímeros actúan como emulsionantes, la capa interfacial se vuelve sustancialmente más gruesa, formando un robusto escudo liófilo alrededor de cada gota, una barrera espacial que impide que las gotas se acerquen y entren en contacto. La naturaleza liófila de las moléculas de polímero también atrapa una cantidad considerable de líquido en fase continua dentro de la capa protectora, lo que le confiere una consistencia gelatinosa. En consecuencia, la región interfacial presenta una mayor viscosidad interfacial y una viscoelasticidad favorable, lo que ayuda a prevenir la fusión de las gotas y a preservar la estabilidad. Incluso si se produce cierta coalescencia, los emulsionantes poliméricos suelen unirse en la interfaz reducida en formas fibrosas o cristalinas, engrosando la película interfacial y, por lo tanto, impidiendo una mayor coalescencia.
(4) Uniformidad de la distribución del tamaño de las gotas
Cuando un volumen dado de fase dispersa se fragmenta en gotitas de diferentes tamaños, el sistema que comprende las gotitas más grandes presenta un área interfacial total menor y, por lo tanto, una energía interfacial menor, lo que le confiere mayor estabilidad termodinámica. En una emulsión donde coexisten gotitas de tamaños grandes y pequeños, las pequeñas tienden a contraerse mientras que las grandes crecen. Si esta progresión continúa sin control, eventualmente se producirá la fragmentación. Por lo tanto, una emulsión con una distribución de tamaño de gotita estrecha y uniforme es más estable que una cuyo tamaño promedio de gotita es el mismo, pero cuyo rango de tamaño es amplio.
(5) Influencia de la temperatura
Las variaciones de temperatura pueden alterar la tensión interfacial, las propiedades y la viscosidad de la película interfacial, la solubilidad relativa del emulsionante en las dos fases, la presión de vapor de las fases líquidas y el movimiento térmico de las gotas dispersas. Todos estos cambios pueden afectar la estabilidad de la emulsión e incluso inducir la inversión o ruptura de fases.
Hora de publicación: 27 de noviembre de 2025