Az emulziók stabilitását szabályozó tényezők
A gyakorlati alkalmazásokban az emulzió stabilitása a diszpergált fázisú cseppek koaleszcencia-ellenállási képességére utal. Az emulzió stabilitásának mérésére szolgáló mérőszámok közül a diszpergált cseppek közötti koaleszcencia sebessége kiemelkedő; ez úgy határozható meg, hogy megmérjük, hogyan változik az egységnyi térfogatra jutó cseppek száma az idő múlásával. Ahogy az emulzióban lévő cseppek nagyobb cseppekké egyesülnek, és végül töréshez vezetnek, ennek a folyamatnak a sebessége főként a következő tényezőktől függ: a határfelületi film fizikai tulajdonságai, a cseppek közötti elektrosztatikus taszítás, a polimer filmek által okozott szterikus gátlás, a folytonos fázis viszkozitása, a cseppek mérete és eloszlása, a fázistérfogat aránya, a hőmérséklet stb.
Ezek közül a határfelületi film fizikai természete, az elektromos kölcsönhatások és a sztérikus gátlás a legfontosabb.
(1) A határfelületi film fizikai tulajdonságai
A diszpergált fázisú cseppek ütközése az összeolvadás előfeltétele. Az összeolvadás folyamatosan zajlik, a kis cseppeket nagyobb cseppekké zsugorítja, amíg az emulzió fel nem törik. Az ütközés és az összeolvadás során a cseppek határfelületi filmjének mechanikai szilárdsága az emulzió stabilitásának legfontosabb meghatározója. Ahhoz, hogy a határfelületi film jelentős mechanikai szilárdsággal rendelkezzen, koherens filmnek kell lennie – alkotó felületaktív molekuláit erős oldalirányú erők kötik össze. A filmnek jó rugalmassággal is kell rendelkeznie, hogy amikor a cseppek ütközése miatt lokalizált károsodás keletkezik, spontán módon helyre tudjon állni.
(2) Elektromos kölcsönhatások
Az emulziókban lévő cseppek felületei különféle okok miatt vehetnek fel bizonyos töltéseket: ionos felületaktív anyagok ionizációja, specifikus ionok adszorpciója a cseppek felületére, a cseppek és a környező közeg közötti súrlódás stb. Az olaj-a-vízben (O/W) emulziókban a cseppek töltése létfontosságú szerepet játszik az aggregáció, az összeolvadás és a végső törés megakadályozásában. A kolloid stabilitási elmélet szerint a van der Waals-erők a cseppeket egymáshoz vonzzák; azonban amikor a cseppek elég közel kerülnek egymáshoz ahhoz, hogy felületi kettős rétegeik átfedjék egymást, az elektrosztatikus taszítás megakadályozza a további közeledést. Nyilvánvaló, hogy ha a taszítás meghaladja a vonzást, a cseppek kevésbé hajlamosak az ütközésre és az összeolvadásra, és az emulzió stabil marad; ellenkező esetben összeolvadás és törés következik be.
Ami a víz-az-olajban (W/O) emulziókat illeti, a vízcseppek csekély töltést hordoznak, és mivel a folytonos fázis alacsony dielektromos állandóval és vastag kettős réteggel rendelkezik, az elektrosztatikus hatások csak kis mértékben befolyásolják a stabilitást.
(3) Sztérikus stabilizáció
Amikor a polimerek emulgeálószerként szolgálnak, a határfelületi réteg lényegesen vastagabbá válik, és minden csepp körül egy robusztus liofil védőréteget képez – egy térbeli gátat, amely megakadályozza, hogy a cseppek közel kerüljenek egymáshoz és érintkezésbe kerüljenek. A polimer molekulák liofil természete jelentős mennyiségű folytonos fázisú folyadékot is csapdába ejt a védőrétegben, ami gélszerűvé teszi azt. Következésképpen a határfelületi régió megnövekedett határfelületi viszkozitást és kedvező viszkoelaszticitást mutat, ami segít megelőzni a cseppek összeolvadását és megőrizni a stabilitást. Még ha némi koaleszcencia is történik, a polimer emulgeálószerek gyakran rostos vagy kristályos formában gyűlnek össze a csökkentett határfelületen, megvastagítva a határfelületi filmet, és ezáltal megakadályozva a további koaleszcencia kialakulását.
(4) A cseppméret-eloszlás egyenletessége
Amikor egy adott térfogatú diszpergált fázist különböző méretű cseppekre bontunk, a nagyobb cseppekből álló rendszer kisebb teljes határfelülettel és így alacsonyabb határfelületi energiával rendelkezik, ami nagyobb termodinamikai stabilitást biztosít. Egy olyan emulzióban, ahol nagy és kis méretű cseppek egyaránt jelen vannak, a kis cseppek hajlamosak zsugorodni, míg a nagyok növekedni. Ha ez a folyamat ellenőrizetlenül folytatódik, végül szétesés következik be. Ezért egy szűk, egyenletes cseppméret-eloszlású emulzió stabilabb, mint egy olyan, amelynek átlagos cseppmérete azonos, de mérettartománya széles.
(5) A hőmérséklet hatása
A hőmérsékletváltozások megváltoztathatják a határfelületi feszültséget, a határfelületi film tulajdonságait és viszkozitását, az emulgeálószer relatív oldhatóságát a két fázisban, a folyékony fázisok gőznyomását, valamint a diszpergált cseppek hőmozgását. Mindezek a változások befolyásolhatják az emulzió stabilitását, sőt fázisinverziót vagy fázistörést is okozhatnak.
Közzététel ideje: 2025. november 27.