エマルジョンの安定性を支配する要因
実用上、エマルジョンの安定性とは、分散相の液滴が凝集に抵抗する能力を指します。エマルジョンの安定性を評価する指標の中で、分散液滴間の凝集速度は非常に重要です。これは、単位体積あたりの液滴数の経時変化を測定することで判定できます。エマルジョン中の液滴はより大きな液滴に融合し、最終的に破壊に至るため、このプロセスの速度は主に以下の要因に左右されます。界面膜の物理的特性、液滴間の静電反発、ポリマー膜による立体障害、連続相の粘度、液滴のサイズと分布、相体積比、温度などです。
これらのうち、界面膜の物理的性質、電気的相互作用、立体障害が最も重要です。
（１）界面膜の物理的性質
分散相液滴間の衝突は、合一の前提条件です。合一は絶え間なく進行し、小さな液滴はより大きな液滴へと縮小し、ついにはエマルジョンが破裂します。衝突と合一の過程において、液滴界面膜の機械的強度がエマルジョンの安定性を最も決定づける要因となります。界面膜に十分な機械的強度を与えるには、界面膜が凝集性を有していなければなりません。つまり、界面膜を構成する界面活性剤分子が強力な横方向の力によって互いに結合している必要があります。また、膜は優れた弾性を備えていなければなりません。液滴同士の衝突によって局所的な損傷が発生した場合、膜は自発的に修復できるからです。
（2）電気的相互作用
エマルジョン中の液滴表面は、イオン性界面活性剤のイオン化、特定のイオンの液滴表面への吸着、液滴と周囲の媒体との摩擦など、様々な理由により、一定の電荷を帯びることがあります。水中油型（O/W）エマルジョンでは、液滴の帯電が凝集、合体、そして最終的な破壊を防ぐ上で重要な役割を果たします。コロイド安定性理論によれば、ファンデルワールス力は液滴を引き寄せますが、液滴同士が表面の二重層が重なり合うほど接近すると、静電反発力によってそれ以上の接近が妨げられます。明らかに、反発力が引力を上回る場合、液滴は衝突して合体する可能性が低くなり、エマルジョンは安定した状態を保ちます。そうでない場合は、合体と破壊が起こります。
油中水型（W/O）エマルジョンの場合、水滴はほとんど電荷を帯びず、連続相は誘電率が低く二重層が厚いため、静電効果は安定性にわずかな影響しか及ぼしません。
（３）立体安定化
ポリマーが乳化剤として機能する場合、界面層は大幅に厚くなり、各液滴の周囲に強固な親液性シールド（液滴同士が接近して接触するのを防ぐ空間バリア）を形成します。また、ポリマー分子の親液性により、保護層内に相当量の連続相液体が閉じ込められ、ゲル状になります。その結果、界面領域は界面粘度の上昇と好ましい粘弾性を示し、液滴の合体を防ぎ、安定性を維持します。たとえ合体が発生した場合でも、ポリマー乳化剤はしばしば繊維状または結晶状の形で減少した界面に集合し、界面膜を厚くすることで、さらなる合体を防ぎます。
（4）液滴サイズ分布の均一性
一定量の分散相が様々なサイズの液滴に分解されると、大きな液滴を含む系は界面積が小さくなり、界面エネルギーも低下するため、熱力学的安定性が向上します。大小さまざまなサイズの液滴が共存するエマルジョンでは、小さな液滴は収縮し、大きな液滴は成長する傾向があります。この変化が制御されないまま続くと、最終的には破壊が起こります。したがって、液滴サイズ分布が狭く均一なエマルジョンは、平均液滴サイズは同じでもサイズ範囲が広いエマルジョンよりも安定しています。
（５）温度の影響
温度変化は、界面張力、界面膜の特性と粘度、二相における乳化剤の相対溶解度、液相の蒸気圧、分散液滴の熱運動を変化させる可能性があります。これらの変化はすべてエマルジョンの安定性に影響を与え、転相や破壊を引き起こす可能性があります。
投稿日時: 2025年11月27日