რა ფაქტორები უწყობს ხელს ემულსიის სტაბილურობას

ემულსიების სტაბილურობის განმსაზღვრელი ფაქტორები​

პრაქტიკულ გამოყენებაში, ემულსიის სტაბილურობა გულისხმობს დისპერსიული ფაზის წვეთების შერწყმისადმი წინააღმდეგობის უნარს. ემულსიის სტაბილურობის გასაზომად მეტრიკებს შორის, დისპერსირებულ წვეთებს შორის შერწყმის სიჩქარე უმნიშვნელოვანესია; მისი დადგენა შესაძლებელია მოცულობის ერთეულზე წვეთების რაოდენობის დროთა განმავლობაში ცვლილების გაზომვით. რადგან ემულსიაში წვეთები უფრო დიდ წვეთებად ერწყმის და საბოლოოდ წყვეტს მათ დაშლას, ამ პროცესის სიჩქარე ძირითადად შემდეგ ფაქტორებზეა დამოკიდებული: ზედაპირული ფენის ფიზიკური თვისებები, წვეთებს შორის ელექტროსტატიკური მოგერიება, პოლიმერული ფენების სტერეული დაბრკოლება, უწყვეტი ფაზის სიბლანტე, წვეთების ზომა და განაწილება, ფაზის მოცულობის თანაფარდობა, ტემპერატურა და ა.შ.

მათგან ყველაზე კრიტიკულია ფაზათაშორისი ფენის ფიზიკური ბუნება, ელექტრული ურთიერთქმედებები და სტერეული დაბრკოლება.

(1) ზედაპირული ფენის ფიზიკური თვისებები

დისპერსიული ფაზის წვეთებს შორის შეჯახება შერწყმის წინაპირობაა. შერწყმა განუწყვეტლივ მიმდინარეობს, პატარა წვეთებს უფრო დიდ წვეთებად აქცევს ემულსიის დაშლამდე. შეჯახებისა და შერწყმის დროს, წვეთის ზედაპირული ფენის მექანიკური სიმტკიცე ემულსიის სტაბილურობის უმთავრესი განმსაზღვრელი ფაქტორია. იმისათვის, რომ ზედაპირულ ფენას მნიშვნელოვანი მექანიკური სიმტკიცე ჰქონდეს, ის უნდა იყოს თანმიმდევრული ფენა - მისი შემადგენელი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მოლეკულები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ძლიერი გვერდითი ძალებით. ფენას ასევე უნდა ჰქონდეს კარგი ელასტიურობა, რათა როდესაც წვეთების შეჯახებით ლოკალიზებული დაზიანება ხდება, მას შეეძლოს სპონტანურად აღდგეს.

(2) ელექტრული ურთიერთქმედებები

ემულსიებში წვეთების ზედაპირებმა შეიძლება გარკვეული მუხტები შეიძინონ სხვადასხვა მიზეზის გამო: იონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების იონიზაცია, სპეციფიკური იონების ადსორბცია წვეთის ზედაპირზე, წვეთებსა და მიმდებარე გარემოს შორის ხახუნი და ა.შ. ზეთი-წყალში (O/W) ემულსიებში წვეთების დამუხტვა სასიცოცხლო როლს ასრულებს აგრეგაციის, შერწყმის და საბოლოო დაშლის თავიდან აცილებაში. კოლოიდური სტაბილურობის თეორიის თანახმად, ვან დერ ვაალის ძალები წვეთებს ერთმანეთთან იზიდავენ; თუმცა, როდესაც წვეთები საკმარისად ახლოს უახლოვდებიან ერთმანეთს, რომ მათი ზედაპირის ორმაგი შრეები ერთმანეთს გადაფაროს, ელექტროსტატიკური მოგერიება ხელს უშლის შემდგომ დაახლოებას. ცხადია, თუ მოგერიება აჭარბებს მიზიდულობას, წვეთები ნაკლებად არიან მიდრეკილნი შეჯახებისა და შერწყმისკენ და ემულსია სტაბილური რჩება; წინააღმდეგ შემთხვევაში, ხდება შერწყმა და დაშლა.

რაც შეეხება წყალი-ზეთში (W/O) ემულსიებს, წყლის წვეთები მცირე მუხტს ატარებენ და რადგან უწყვეტ ფაზას აქვს დაბალი დიელექტრიკული მუდმივა და სქელი ორმაგი ფენა, ელექტროსტატიკური ეფექტები სტაბილურობაზე მხოლოდ მცირე გავლენას ახდენს.

(3) სტერიული სტაბილიზაცია

როდესაც პოლიმერები ემულგატორებად მოქმედებენ, შუალედური ფენა მნიშვნელოვნად სქელი ხდება, რაც თითოეული წვეთის გარშემო მყარ ლიოფილურ ფარს ქმნის - სივრცულ ბარიერს, რომელიც ხელს უშლის წვეთების მიახლოებას და კონტაქტს. პოლიმერული მოლეკულების ლიოფილური ბუნება ასევე იჭერს უწყვეტი ფაზის სითხის მნიშვნელოვან რაოდენობას დამცავ ფენაში, რაც მას გელის მსგავსს ხდის. შესაბამისად, შუალედური რეგიონი ავლენს მომატებულ შუალედურ სიბლანტეს და ხელსაყრელ ვისკოელასტიურობას, რაც ხელს უშლის წვეთების შერწყმას და ინარჩუნებს სტაბილურობას. მაშინაც კი, თუ ხდება გარკვეული შერწყმა, პოლიმერული ემულგატორები ხშირად გროვდებიან შემცირებულ ინტერფეისზე ბოჭკოვანი ან კრისტალური ფორმებით, ასქელებენ შუალედურ ფენას და ამით ხელს უშლიან შემდგომ შერწყმას.

(4) წვეთების ზომის განაწილების ერთგვაროვნება

როდესაც დისპერსიული ფაზის მოცემული მოცულობა იშლება სხვადასხვა ზომის წვეთებად, უფრო დიდი წვეთებისგან შემდგარ სისტემას აქვს უფრო მცირე საერთო ზედაპირული ფართობი და, შესაბამისად, უფრო დაბალი ზედაპირული ენერგია, რაც უზრუნველყოფს უფრო მეტ თერმოდინამიკურ სტაბილურობას. ემულსიაში, სადაც თანაარსებობენ როგორც დიდი, ასევე პატარა ზომის წვეთები, პატარა წვეთები მიდრეკილნი არიან შეკუმშვისკენ, ხოლო დიდი წვეთები იზრდება. თუ ეს პროგრესია უკონტროლოდ გაგრძელდება, საბოლოოდ მოხდება რღვევა. ამრიგად, ვიწრო, ერთგვაროვანი წვეთების ზომის განაწილების მქონე ემულსია უფრო სტაბილურია, ვიდრე ის, რომლის საშუალო წვეთების ზომა იგივეა, მაგრამ რომლის ზომის დიაპაზონი ფართოა.

(5) ტემპერატურის გავლენა

ტემპერატურის ცვალებადობას შეუძლია შეცვალოს ზედაპირული დაჭიმულობა, ზედაპირული ფენის თვისებები და სიბლანტე, ემულგატორის ფარდობითი ხსნადობა ორ ფაზაში, თხევადი ფაზების ორთქლის წნევა და გაფანტული წვეთების თერმული მოძრაობა. ყველა ამ ცვლილებამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს ემულსიის სტაბილურობაზე და შესაძლოა ფაზის ინვერსია ან გაწყვეტაც კი გამოიწვიოს.