इमल्शन की स्थिरता में कौन-कौन से कारक योगदान करते हैं?

इमल्शन की स्थिरता को नियंत्रित करने वाले कारक​

व्यवहारिक अनुप्रयोगों में, किसी इमल्शन की स्थिरता का तात्पर्य विक्षेपित अवस्था की बूंदों की आपस में जुड़ने से रोकने की क्षमता से है। इमल्शन की स्थिरता मापने के मापदंडों में, विक्षेपित बूंदों के आपस में जुड़ने की दर सर्वोपरि है; इसे प्रति इकाई आयतन में बूंदों की संख्या में समय के साथ होने वाले परिवर्तन को मापकर निर्धारित किया जा सकता है। जैसे-जैसे इमल्शन में बूंदें मिलकर बड़ी होती जाती हैं और अंततः टूट जाती हैं, इस प्रक्रिया की गति मुख्य रूप से निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है: अंतरा-परत फिल्म के भौतिक गुण, बूंदों के बीच स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण, बहुलक फिल्मों से उत्पन्न अवरोध, सतत अवस्था की श्यानता, बूंदों का आकार और वितरण, अवस्था आयतन अनुपात, तापमान, इत्यादि।

इनमें से, अंतरसतही फिल्म की भौतिक प्रकृति, विद्युत अंतःक्रियाएं और स्टेरिक बाधा सबसे महत्वपूर्ण हैं।

(1) अंतरास्थि फिल्म के भौतिक गुण

बिखरे हुए चरण की बूंदों के बीच टकराव संलयन के लिए आवश्यक शर्त है। संलयन की प्रक्रिया निरंतर चलती रहती है, जिससे छोटी बूंदें सिकुड़कर बड़ी हो जाती हैं और अंततः इमल्शन टूट जाता है। टकराव और विलय की इस प्रक्रिया में, बूंदों की अंतरसतही परत की यांत्रिक शक्ति इमल्शन की स्थिरता का सबसे महत्वपूर्ण निर्धारक होती है। अंतरसतही परत को पर्याप्त यांत्रिक शक्ति प्रदान करने के लिए, यह एक सुसंगत परत होनी चाहिए - इसके घटक सर्फेक्टेंट अणु मजबूत पार्श्व बलों द्वारा एक साथ बंधे होने चाहिए। परत में अच्छी लोच भी होनी चाहिए, ताकि बूंदों के टकराव से होने वाली स्थानीय क्षति होने पर यह स्वतः ही ठीक हो सके।

(2) विद्युत अंतःक्रियाएँ

इमल्शन में बूंदों की सतहें कई कारणों से आवेशित हो सकती हैं: आयनिक सर्फेक्टेंट का आयनीकरण, बूंद की सतह पर विशिष्ट आयनों का अधिशोषण, बूंदों और आसपास के माध्यम के बीच घर्षण आदि। तेल-इन-वॉटर (O/W) इमल्शन में, बूंदों का आवेश उनके एकत्रीकरण, संलयन और अंततः टूटने को रोकने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कोलाइड स्थिरता सिद्धांत के अनुसार, वैन डेर वाल्स बल बूंदों को एक साथ खींचते हैं; फिर भी जब बूंदें इतनी करीब आ जाती हैं कि उनकी सतह की दोहरी परतें एक दूसरे को ओवरलैप करने लगती हैं, तो इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण आगे की निकटता को रोकता है। स्पष्ट रूप से, यदि प्रतिकर्षण आकर्षण से अधिक है, तो बूंदों के टकराने और संलयन की संभावना कम होती है, और इमल्शन स्थिर रहता है; अन्यथा, संलयन और टूटना होता है।

जहां तक ​​पानी-इन-ऑयल (W/O) इमल्शन की बात है, पानी की बूंदों में बहुत कम आवेश होता है, और क्योंकि निरंतर चरण में कम परावैद्युत स्थिरांक और एक मोटी दोहरी परत होती है, इसलिए स्थिरांकीय प्रभाव स्थिरता पर केवल मामूली प्रभाव डालते हैं।

(3) स्टेरिक स्थिरीकरण

जब पॉलिमर इमल्सीफायर के रूप में कार्य करते हैं, तो अंतरास्थि परत काफी मोटी हो जाती है, जिससे प्रत्येक बूंद के चारों ओर एक मजबूत लायोफिलिक कवच बन जाता है—एक स्थानिक अवरोध जो बूंदों को एक दूसरे के करीब आने और संपर्क बनाने से रोकता है। पॉलिमर अणुओं की लायोफिलिक प्रकृति सुरक्षात्मक परत के भीतर निरंतर-चरण तरल की एक बड़ी मात्रा को भी फंसा लेती है, जिससे यह जेल जैसी हो जाती है। परिणामस्वरूप, अंतरास्थि क्षेत्र में उच्च अंतरास्थि श्यानता और अनुकूल श्यानता होती है, जो बूंदों के विलय को रोकने और स्थिरता बनाए रखने में मदद करती है। यदि कुछ संलयन होता भी है, तो पॉलिमर इमल्सीफायर अक्सर कम हुई अंतरास्थि पर रेशेदार या क्रिस्टलीय रूपों में एकत्रित हो जाते हैं, जिससे अंतरास्थि फिल्म मोटी हो जाती है और इस प्रकार आगे के संलयन को रोकती है।

(4) बूंद के आकार के वितरण की एकरूपता

जब किसी दिए गए आयतन के विक्षेपित द्रव को अलग-अलग आकार की बूंदों में तोड़ा जाता है, तो बड़ी बूंदों वाले तंत्र का कुल अंतःस्रावी क्षेत्रफल कम होता है और इस प्रकार अंतःस्रावी ऊर्जा भी कम होती है, जिससे ऊष्मागतिक स्थिरता बढ़ जाती है। एक ऐसे इमल्शन में जहाँ बड़ी और छोटी दोनों आकार की बूंदें एक साथ मौजूद होती हैं, छोटी बूंदें सिकुड़ने लगती हैं जबकि बड़ी बूंदें बढ़ने लगती हैं। यदि यह प्रक्रिया बिना किसी रोक-टोक के जारी रहती है, तो अंततः बूंदें टूट जाएँगी। इसलिए, एक संकीर्ण, एकसमान बूंद आकार वितरण वाला इमल्शन उस इमल्शन की तुलना में अधिक स्थिर होता है जिसका औसत बूंद आकार समान होता है लेकिन जिसका आकार सीमा व्यापक होती है।

(5) तापमान का प्रभाव

तापमान में बदलाव से अंतरास्थि तनाव, अंतरास्थि फिल्म के गुण और श्यानता, दोनों अवस्थाओं में इमल्सीफायर की सापेक्षिक घुलनशीलता, तरल अवस्थाओं का वाष्प दाब और बिखरे हुए कणों की ऊष्मीय गति में परिवर्तन हो सकता है। ये सभी परिवर्तन इमल्शन की स्थिरता को प्रभावित कर सकते हैं और यहां तक ​​कि अवस्था व्युत्क्रमण या विखंडन भी उत्पन्न कर सकते हैं।