מהם הגורמים התורמים ליציבות האמולסיה?

גורמים השולטים ביציבות של אמולסיות​

ביישומים מעשיים, יציבות האמולסיה מתייחסת ליכולתן של טיפות הפאזה המפוזרת להתנגד להתלכדות. בין המדדים למדידת יציבות האמולסיה, קצב ההתלכדות בין טיפות המפוזרות הוא בעל חשיבות עליונה; ניתן לקבוע זאת על ידי מדידת האופן שבו מספר הטיפות ליחידת נפח משתנה לאורך זמן. כאשר טיפות באמולסיה מתמזגות לטיפות גדולות יותר ובסופו של דבר מובילות לשבירה, מהירות תהליך זה תלויה בעיקר בגורמים הבאים: התכונות הפיזיקליות של שכבת הפנים, דחייה אלקטרוסטטית בין טיפות, הפרעה סטרילית משכבות פולימר, צמיגות הפאזה הרציפה, גודל הטיפות ופיזורן, יחס נפח הפאזה, טמפרטורה וכן הלאה.

מבין אלה, האופי הפיזי של הסרט הבין-פנימי, האינטראקציות החשמליות והמעכב הסטרי הם הקריטיים ביותר.

(1) תכונות פיזיקליות של שכבת הפנים

התנגשות בין טיפות פאזה מפוזרות היא תנאי הכרחי להתלכדות. ההתלכדות נמשכת ללא הרף, ומצטמקת טיפות קטנות לגדולות יותר עד שהאמולסיה נשברת. במהלך ההתנגשות וההתמזגות, החוזק המכני של שכבת הטיפה הבין-פנימית עומד כגורם המכריע ביציבות האמולסיה. כדי להעניק לשכבת הטיפה הבין-פנימית חוזק מכני משמעותי, היא חייבת להיות שכבה קוהרנטית - מולקולות החומר הפעיל השטח המרכיבות אותה קשורות יחד על ידי כוחות רוחביים חזקים. על השכבה להיות גם בעלת גמישות טובה, כך שכאשר מתרחש נזק מקומי מהתנגשויות טיפות, היא תוכל לתקן את עצמה באופן ספונטני.

(2) אינטראקציות חשמליות

משטחי טיפות באמולסיות עשויים לרכוש מטענים מסוימים מסיבות שונות: יינון של חומרים פעילי שטח יוניים, ספיחה של יונים ספציפיים על פני הטיפה, חיכוך בין הטיפות לתוך שמסביב וכו'. באמולסיות שמן-במים (O/W), טעינת הטיפות ממלאת תפקיד חיוני במניעת צבירה, התלכדות ושבירה בסופו של דבר. על פי תיאוריית יציבות הקולואידים, כוחות ואן דר ואלס מושכים טיפות זו לזו; אך כאשר טיפות מתקרבות מספיק קרוב כדי ששכבות פני השטח הכפולות שלהן יחפפו, דחייה אלקטרוסטטית מונעת קרבה נוספת. ברור שאם הדחייה גוברת על המשיכה, הטיפות פחות נוטות להתנגש ולהתלכד, והאמולסיה נשארת יציבה; אחרת, מתרחשים התלכדות ושבירה.

באשר לאמולסיות מים בשמן (W/O), טיפות מים נושאות מטען קטן, ומכיוון שלפאזה הרציפה יש קבוע דיאלקטרי נמוך ושכבה כפולה עבה, השפעות אלקטרוסטטיות מפעילות רק השפעה מועטה על היציבות.

(3) ייצוב סטרי

כאשר פולימרים משמשים כמתחלבים, שכבת הפולימר הופכת עבה משמעותית, ויוצרת מגן ליופילי חזק סביב כל טיפה - מחסום מרחבי המונע מטיפות להתקרב וליצור מגע. האופי הליופילי של מולקולות פולימר לוכד גם כמות ניכרת של נוזל בפאזה רציפה בתוך השכבה המגנה, מה שהופך אותה לדמוית ג'ל. כתוצאה מכך, אזור הפולימר מציג צמיגות ביניים מוגברת וצמיגות אלסטית חיובית, המסייעות במניעת מיזוג טיפות ולשמר יציבות. גם אם מתרחשת התלכדות מסוימת, מתחלבים פולימריים מתאספים לעתים קרובות בממשק המופחת בצורות סיבית או גבישיות, מעבים את שכבת הביניים ובכך מונעים התלכדות נוספת.

(4) אחידות פיזור גודל הטיפות

כאשר נפח נתון של פאזה מפוזרת נשבר לטיפות בגדלים שונים, למערכת הכוללת טיפות גדולות יותר יש שטח פנים כולל קטן יותר ולכן אנרגיית פנים נמוכה יותר, מה שמקנה יציבות תרמודינמית גדולה יותר. באמולסיה שבה טיפות בגדלים גדולים וקטנים מתקיימות יחד, טיפות קטנות נוטות להתכווץ בעוד שגדולות גדלות. אם התקדמות זו תימשך ללא מעצורים, בסופו של דבר תתרחש שבירה. לפיכך, אמולסיה עם פיזור גודל טיפות צר ואחיד יציבה יותר מאמולסיה שגודל הטיפות הממוצע שלה זהה אך טווח הגדלים שלה רחב.

(5) השפעת הטמפרטורה

שינויי טמפרטורה יכולים לשנות את מתח הפנים, את התכונות והצמיגות של שכבת הפנים, את המסיסות היחסית של החומר המתחלב בשתי הפאזות, את לחץ האדים של הפאזות הנוזליות ואת התנועה התרמית של הטיפות המפוזרות. כל השינויים הללו יכולים להשפיע על יציבות האמולסיה ואף לגרום להיפוך פאזה או שבירה.