عوامل مؤثر بر پایداری امولسیونها ...
در کاربردهای عملی، پایداری یک امولسیون به توانایی قطرات فاز پراکنده در مقاومت در برابر به هم پیوستن اشاره دارد. در میان معیارهای سنجش پایداری امولسیون، سرعت به هم پیوستن قطرات پراکنده از اهمیت بالایی برخوردار است؛ میتوان آن را با اندازهگیری چگونگی تغییر تعداد قطرات در واحد حجم در طول زمان تعیین کرد. از آنجایی که قطرات موجود در امولسیون به قطرات بزرگتر تبدیل میشوند و در نهایت منجر به شکستن میشوند، سرعت این فرآیند عمدتاً به عوامل زیر بستگی دارد: خواص فیزیکی لایه سطحی، دافعه الکترواستاتیک بین قطرات، ممانعت فضایی ناشی از لایههای پلیمری، ویسکوزیته فاز پیوسته، اندازه و توزیع قطرات، نسبت حجمی فاز، دما و غیره.
از میان این موارد، ماهیت فیزیکی لایه سطحی، برهمکنشهای الکتریکی و ممانعت فضایی از همه مهمتر هستند.
(1) خواص فیزیکی لایه سطحی
برخورد بین قطرات فاز پراکنده پیشنیاز انعقاد است. انعقاد بیوقفه ادامه مییابد و قطرات کوچک را به قطرات بزرگتر تبدیل میکند تا اینکه امولسیون پاره شود. در جریان برخورد و ادغام، استحکام مکانیکی لایه سطحی قطرات، مهمترین عامل تعیینکننده پایداری امولسیون است. برای اینکه لایه سطحی از استحکام مکانیکی قابل توجهی برخوردار باشد، باید یک لایه منسجم باشد - مولکولهای سورفکتانت تشکیلدهنده آن توسط نیروهای جانبی قوی به هم متصل شده باشند. این لایه همچنین باید خاصیت ارتجاعی خوبی داشته باشد، به طوری که وقتی آسیب موضعی ناشی از برخورد قطرات رخ میدهد، بتواند خود به خود ترمیم شود.
(2) برهمکنشهای الکتریکی
سطوح قطرات در امولسیونها ممکن است به دلایل مختلف بارهای خاصی را به دست آورند: یونیزه شدن سورفکتانتهای یونی، جذب یونهای خاص روی سطح قطره، اصطکاک بین قطرات و محیط اطراف و غیره. در امولسیونهای روغن در آب (O/W)، باردار شدن قطرات نقش حیاتی در جلوگیری از تجمع، انعقاد و در نهایت شکستن آنها ایفا میکند. طبق نظریه پایداری کلوئیدی، نیروهای واندروالسی قطرات را به سمت یکدیگر میکشند. با این حال، وقتی قطرات به اندازه کافی به هم نزدیک میشوند تا لایههای دوگانه سطحی آنها همپوشانی داشته باشند، دافعه الکترواستاتیکی مانع از نزدیکی بیشتر آنها میشود. واضح است که اگر دافعه بر جاذبه غلبه کند، قطرات کمتر مستعد برخورد و انعقاد هستند و امولسیون پایدار میماند. در غیر این صورت، انعقاد و شکستن اتفاق میافتد.
در مورد امولسیونهای آب در روغن (W/O)، قطرات آب بار کمی حمل میکنند و از آنجا که فاز پیوسته دارای ثابت دیالکتریک پایین و یک لایه دوگانه ضخیم است، اثرات الکترواستاتیک تنها تأثیر جزئی بر پایداری دارند.
(3) تثبیت فضایی
وقتی پلیمرها به عنوان امولسیفایر عمل میکنند، لایه سطحی به طور قابل توجهی ضخیمتر میشود و یک سپر لیوفیلیک قوی در اطراف هر قطره تشکیل میدهد - یک مانع فضایی که مانع از نزدیک شدن و تماس قطرات میشود. ماهیت لیوفیلیک مولکولهای پلیمری همچنین مقدار قابل توجهی از مایع فاز پیوسته را در لایه محافظ به دام میاندازد و آن را ژل مانند میکند. در نتیجه، ناحیه سطحی ویسکوزیته بین سطحی افزایش یافته و ویسکوالاستیسیته مطلوبی را نشان میدهد که به جلوگیری از ادغام قطرات و حفظ پایداری کمک میکند. حتی اگر مقداری ادغام رخ دهد، امولسیفایرهای پلیمری اغلب در سطح مشترک کاهش یافته به شکل فیبری یا کریستالی جمع میشوند و فیلم بین سطحی را ضخیم میکنند و در نتیجه از ادغام بیشتر جلوگیری میکنند.
(4) یکنواختی توزیع اندازه قطرات
وقتی حجم معینی از فاز پراکنده به قطراتی با اندازههای مختلف شکسته میشود، سیستمی که شامل قطرات بزرگتر است، مساحت کل سطح مشترک کوچکتری دارد و بنابراین انرژی سطح مشترک کمتری دارد که پایداری ترمودینامیکی بیشتری را ایجاد میکند. در امولسیونی که قطرات با اندازههای بزرگ و کوچک در کنار هم وجود دارند، قطرات کوچک تمایل به کوچک شدن دارند در حالی که قطرات بزرگ رشد میکنند. اگر این روند بدون کنترل ادامه یابد، در نهایت شکست رخ خواهد داد. از این رو، امولسیونی با توزیع اندازه قطرات باریک و یکنواخت، پایدارتر از امولسیونی است که اندازه متوسط قطرات آن یکسان اما محدوده اندازه آن وسیع است.
(5) تأثیر دما
تغییرات دما میتواند کشش بین سطحی، خواص و ویسکوزیته فیلم بین سطحی، حلالیت نسبی امولسیفایر در دو فاز، فشار بخار فازهای مایع و حرکت حرارتی قطرات پراکنده را تغییر دهد. همه این تغییرات میتوانند بر پایداری امولسیون تأثیر بگذارند و حتی ممکن است باعث وارونگی فاز یا شکستن آن شوند.
زمان ارسال: ۲۷ نوامبر ۲۰۲۵