Emulsioonide stabiilsust reguleerivad tegurid
Praktikas viitab emulsiooni stabiilsus dispergeeritud faasi tilkade võimele seista vastu koalestsentsile. Emulsiooni stabiilsuse mõõtmise mõõdikute hulgas on esmatähtis dispergeeritud tilkade koalestsentsi kiirus; seda saab määrata, mõõtes, kuidas tilkade arv mahuühiku kohta aja jooksul muutub. Kuna emulsioonis olevad tilgad ühinevad suuremateks ja viivad lõpuks purunemiseni, sõltub selle protsessi kiirus peamiselt järgmistest teguritest: faasidevahelise kile füüsikalised omadused, tilkade vaheline elektrostaatiline tõukumine, polümeerkilede steeriline takistus, pideva faasi viskoossus, tilkade suurus ja jaotus, faasimahtude suhe, temperatuur jne.
Neist kõige olulisemad on faasidevahelise kile füüsikaline olemus, elektrilised interaktsioonid ja steeriline takistus.
(1) Vahekihi füüsikalised omadused
Dispersfaasis tilkade kokkupõrge on koalestsentsi eeltingimus. Koalestsents toimub lakkamatult, kahandades väikesed tilgad suuremateks, kuni emulsioon puruneb. Kokkupõrke ja ühinemise käigus on tilga faasidevahelise kile mehaaniline tugevus emulsiooni stabiilsuse peamiseks määrajaks. Et anda faasidevahelisele kilele märkimisväärne mehaaniline tugevus, peab see olema sidus kile – selle koostisosad, pindaktiivsed molekulid, on omavahel seotud tugevate külgjõududega. Kilel peab olema ka hea elastsus, et tilkade kokkupõrgete tagajärjel tekkivate lokaliseeritud kahjustuste korral saaks see iseenesest paraneda.
(2) Elektrilised interaktsioonid
Emulsioonide tilkade pinnad võivad omandada teatud laenguid erinevatel põhjustel: ioonsete pindaktiivsete ainete ionisatsioon, spetsiifiliste ioonide adsorptsioon tilga pinnale, hõõrdumine tilkade ja ümbritseva keskkonna vahel jne. Õli-vees (O/W) emulsioonides mängib tilkade laeng olulist rolli agregatsiooni, koalestsentsi ja lõpuks purunemise vältimisel. Kolloidse stabiilsuse teooria kohaselt tõmbavad van der Waalsi jõud tilku kokku; aga kui tilgad lähenevad piisavalt lähedale, et nende pinna kaksikkihid kattuksid, takistab elektrostaatiline tõukumine edasist lähenemist. On selge, et kui tõukumine kaalub üles külgetõmbe, on tilgad vähem altid põrkuma ja koaleeruma ning emulsioon jääb stabiilseks; vastasel juhul toimub koalestsents ja purunemine.
Mis puutub vesi-õlis (W/O) emulsioonidesse, siis veepiisad kannavad vähe laengut ning kuna pideval faasil on madal dielektriline konstant ja paks kaksikkiht, avaldavad elektrostaatilised efektid stabiilsusele vaid väikest mõju.
(3) Steriilne stabiliseerimine
Kui polümeerid toimivad emulgaatoritena, muutub faasidevaheline kiht oluliselt paksemaks, moodustades iga tilga ümber tugeva lüofiilse kilbi – ruumilise barjääri, mis takistab tilkade lähenemist ja kokkupuudet. Polümeerimolekulide lüofiilne olemus püüab kaitsekihi sisse ka märkimisväärse koguse pideva faasi vedelikku, muutes selle geelitaoliseks. Järelikult on faasidevahelisel alal suurem faasidevaheline viskoossus ja soodne viskoelastsus, mis aitab vältida tilkade ühinemist ja säilitada stabiilsust. Isegi kui toimub teatav koalestsents, kogunevad polümeeremulgaatorid sageli vähenenud liidesele kiuliste või kristalliliste vormidena, paksendades faasidevahelist kilet ja takistades seeläbi edasist koalestsentsi.
(4) Tilkade suuruse jaotuse ühtlus
Kui antud maht dispergeeritud faasi purustatakse erineva suurusega tilkadeks, on suurematest tilkadest koosneval süsteemil väiksem kogu faasidevaheline pindala ja seega madalam faasidevaheline energia, mis annab suurema termodünaamilise stabiilsuse. Emulsioonis, kus esinevad nii suured kui ka väikesed tilgad, kipuvad väikesed tilgad kahanema, samas kui suured kasvavad. Kui see protsess jätkub kontrollimatult, toimub lõpuks purunemine. Seega on kitsa ja ühtlase tilgasuuruste jaotusega emulsioon stabiilsem kui see, mille keskmine tilgasuurus on sama, kuid suuruste vahemik on lai.
(5) Temperatuuri mõju
Temperatuurimuutused võivad muuta faasidevahelist pinget, faasidevahelise kile omadusi ja viskoossust, emulgaatori suhtelist lahustuvust kahes faasis, vedelfaaside aururõhku ja dispergeeritud tilkade termilist liikumist. Kõik need muutused võivad mõjutada emulsiooni stabiilsust ja isegi põhjustada faaside inversiooni või purunemist.
Postituse aeg: 27. november 2025