에멀젼의 안정성을 좌우하는 요인
실제 응용 분야에서 에멀젼의 안정성은 분산상 액적들이 서로 합쳐지지 않는 능력을 의미합니다. 에멀젼 안정성을 측정하는 여러 지표 중 분산된 액적들의 합체 속도가 가장 중요하며, 이는 단위 부피당 액적 수가 시간에 따라 어떻게 변하는지 측정함으로써 알 수 있습니다. 에멀젼 내 액적들이 합쳐져 더 큰 액적이 되고 궁극적으로는 파괴되는 과정은 주로 다음과 같은 요인들에 의해 좌우됩니다. 계면막의 물리적 특성, 액적 간의 정전기적 반발력, 고분자막에 의한 입체적 장애, 연속상의 점도, 액적의 크기와 분포, 상 부피비, 온도 등이 그것입니다.
이 중에서 계면막의 물리적 특성, 전기적 상호작용 및 입체적 장애가 가장 중요합니다.
(1) 계면막의 물리적 특성
분산상 액적들 사이의 충돌은 합체의 필수 조건입니다. 합체는 작은 액적들이 점점 커지면서 에멀젼이 파괴될 때까지 끊임없이 진행됩니다. 충돌 및 합체 과정에서 액적 계면막의 기계적 강도는 에멀젼 안정성을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 계면막이 상당한 기계적 강도를 갖기 위해서는 구성 계면활성제 분자들이 강한 횡력으로 결합된 응집성 막이어야 합니다. 또한, 액적 충돌로 인한 국부적인 손상이 발생하더라도 스스로 복구될 수 있도록 우수한 탄성을 지녀야 합니다.
(2) 전기적 상호작용
에멀젼 내 액적 표면은 다양한 이유로 특정 전하를 띠게 될 수 있습니다. 예를 들어 이온성 계면활성제의 이온화, 특정 이온의 액적 표면 흡착, 액적과 주변 매질 사이의 마찰 등이 있습니다. 유중수(O/W) 에멀젼에서 액적의 전하는 응집, 합체 및 최종적인 파괴를 방지하는 데 중요한 역할을 합니다. 콜로이드 안정성 이론에 따르면, 반 데르 발스 힘은 액적들을 서로 끌어당깁니다. 그러나 액적들이 표면의 이중층이 겹칠 정도로 가까워지면 정전기적 반발력이 더 이상의 접근을 방해합니다. 따라서 반발력이 인력보다 크면 액적들은 충돌 및 합체될 가능성이 낮아져 에멀젼이 안정적으로 유지됩니다. 그렇지 않으면 합체 및 파괴가 발생합니다.
수중유(W/O) 에멀젼의 경우, 물방울은 전하를 거의 띠지 않으며, 연속상은 유전율이 낮고 이중층이 두껍기 때문에 정전기적 효과가 안정성에 미치는 영향은 미미합니다.
(3) 입체적 안정화
고분자가 유화제로 작용할 때, 계면층은 상당히 두꺼워져 각 액적 주위에 견고한 친수성 보호막을 형성합니다. 이 공간적 장벽은 액적들이 서로 가까워져 접촉하는 것을 방지합니다. 고분자 분자의 친수성 특성으로 인해 상당량의 연속상 액체가 보호층 내에 갇히게 되어 젤과 같은 상태를 유지합니다. 결과적으로 계면 영역은 높은 계면 점도와 적절한 점탄성을 나타내어 액적의 합체를 방지하고 안정성을 유지하는 데 도움을 줍니다. 설령 일부 합체가 발생하더라도, 고분자 유화제는 종종 감소된 계면에 섬유 또는 결정 형태로 모여 계면막을 두껍게 함으로써 추가적인 합체를 막습니다.
(4) 액적 크기 분포의 균일성
일정량의 분산상이 다양한 크기의 액적들로 분산될 때, 큰 액적들로 이루어진 시스템은 전체 계면 면적이 더 작고 따라서 계면 에너지가 더 낮아 열역학적 안정성이 더 커집니다. 크고 작은 액적들이 공존하는 에멀젼에서는 작은 액적은 수축하는 경향이 있고 큰 액적은 성장하는 경향이 있습니다. 이러한 현상이 제어되지 않고 계속되면 결국 에멀젼이 파괴됩니다. 따라서, 액적 크기 분포가 좁고 균일한 에멀젼은 평균 액적 크기는 같지만 크기 범위가 넓은 에멀젼보다 더 안정적입니다.
(5) 온도의 영향
온도 변화는 계면 장력, 계면막의 특성 및 점도, 두 상에서 유화제의 상대적 용해도, 액상 증기압, 분산된 액적의 열 운동 등을 변화시킬 수 있습니다. 이러한 모든 변화는 에멀젼의 안정성에 영향을 미칠 수 있으며, 심지어 상전이 또는 상분리를 유발할 수도 있습니다.
게시 시간: 2025년 11월 27일