Fattori che regolano la stabilità delle emulsioni
Nelle applicazioni pratiche, la stabilità di un'emulsione si riferisce alla capacità delle goccioline della fase dispersa di resistere alla coalescenza. Tra i parametri per valutare la stabilità dell'emulsione, la velocità di coalescenza tra le goccioline disperse è fondamentale; può essere determinata misurando come il numero di goccioline per unità di volume varia nel tempo. Man mano che le goccioline nell'emulsione si fondono in altre più grandi e alla fine portano alla rottura, la velocità di questo processo dipende principalmente dai seguenti fattori: le proprietà fisiche del film interfacciale, la repulsione elettrostatica tra le goccioline, l'impedimento sterico dei film polimerici, la viscosità della fase continua, la dimensione e la distribuzione delle goccioline, il rapporto tra le fasi e il volume, la temperatura e così via.
Tra questi, i più critici sono la natura fisica del film interfacciale, le interazioni elettriche e l'impedimento sterico.
(1) Proprietà fisiche del film interfacciale
La collisione tra goccioline in fase dispersa è il prerequisito per la coalescenza. La coalescenza procede incessantemente, riducendo le goccioline piccole in goccioline più grandi fino alla rottura dell'emulsione. Nel corso della collisione e della fusione, la resistenza meccanica del film interfacciale della gocciolina rappresenta il principale fattore determinante per la stabilità dell'emulsione. Per conferire al film interfacciale una resistenza meccanica sostanziale, deve essere un film coerente, ovvero le sue molecole tensioattive costituenti devono essere legate tra loro da forti forze laterali. Il film deve inoltre possedere una buona elasticità, in modo che, in caso di danni localizzati dovuti alla collisione tra goccioline, possa ripararsi spontaneamente.
(2) Interazioni elettriche
Le superfici delle goccioline nelle emulsioni possono acquisire determinate cariche per vari motivi: ionizzazione di tensioattivi ionici, adsorbimento di ioni specifici sulla superficie della gocciolina, attrito tra le goccioline e il mezzo circostante, ecc. Nelle emulsioni olio in acqua (O/A), la carica delle goccioline gioca un ruolo fondamentale nel prevenire l'aggregazione, la coalescenza e l'eventuale rottura. Secondo la teoria della stabilità colloidale, le forze di van der Waals avvicinano le goccioline; tuttavia, quando le goccioline si avvicinano abbastanza da far sovrapporre i loro doppi strati superficiali, la repulsione elettrostatica impedisce un ulteriore avvicinamento. Chiaramente, se la repulsione supera l'attrazione, le goccioline sono meno inclini a collidere e a coalescere, e l'emulsione rimane stabile; in caso contrario, si verificano coalescenza e rottura.
Per quanto riguarda le emulsioni acqua in olio (W/O), le goccioline d'acqua trasportano poca carica e, poiché la fase continua ha una bassa costante dielettrica e un doppio strato spesso, gli effetti elettrostatici esercitano solo un'influenza minima sulla stabilità.
(3) Stabilizzazione sterica
Quando i polimeri fungono da emulsionanti, lo strato interfacciale diventa sostanzialmente più spesso, formando un robusto scudo liofilo attorno a ciascuna gocciolina, una barriera spaziale che impedisce alle goccioline di avvicinarsi e di entrare in contatto. La natura liofila delle molecole polimeriche intrappola inoltre una notevole quantità di liquido in fase continua all'interno dello strato protettivo, rendendolo simile a un gel. Di conseguenza, la regione interfacciale presenta una maggiore viscosità interfacciale e una viscoelasticità favorevole, che contribuiscono a prevenire la fusione delle goccioline e a preservarne la stabilità. Anche in caso di coalescenza, gli emulsionanti polimerici spesso si assemblano all'interfaccia ridotta in forme fibrose o cristalline, ispessendo il film interfacciale e impedendo così un'ulteriore coalescenza.
(4) Uniformità della distribuzione delle dimensioni delle goccioline
Quando un dato volume di fase dispersa viene scomposto in goccioline di dimensioni variabili, il sistema composto da goccioline più grandi presenta un'area interfacciale totale inferiore e quindi un'energia interfacciale inferiore, conferendo una maggiore stabilità termodinamica. In un'emulsione in cui coesistono goccioline di dimensioni sia grandi che piccole, le goccioline piccole tendono a restringersi mentre quelle grandi a crescere. Se questa progressione continua incontrollata, alla fine si verificherà la rottura. Pertanto, un'emulsione con una distribuzione dimensionale delle goccioline stretta e uniforme è più stabile di una in cui le dimensioni medie delle goccioline sono le stesse ma il cui intervallo dimensionale è ampio.
(5) Influenza della temperatura
Le variazioni di temperatura possono alterare la tensione interfacciale, le proprietà e la viscosità del film interfacciale, la solubilità relativa dell'emulsionante nelle due fasi, la tensione di vapore delle fasi liquide e il moto termico delle goccioline disperse. Tutte queste variazioni possono influire sulla stabilità dell'emulsione e possono persino indurre inversioni o rotture di fase.
Data di pubblicazione: 27-11-2025