Factoren die de stabiliteit van emulsies bepalen
In de praktijk verwijst de stabiliteit van een emulsie naar het vermogen van de druppels in de gedispergeerde fase om coalescentie te weerstaan. Een van de belangrijkste parameters voor het meten van de stabiliteit van een emulsie is de coalescentiesnelheid van de gedispergeerde druppels; deze kan worden bepaald door te meten hoe het aantal druppels per volume-eenheid in de loop van de tijd verandert. Naarmate druppels in de emulsie samensmelten tot grotere druppels en uiteindelijk breken, hangt de snelheid van dit proces voornamelijk af van de volgende factoren: de fysische eigenschappen van de grensvlakfilm, elektrostatische afstoting tussen druppels, sterische hindering door polymeerfilms, viscositeit van de continue fase, druppelgrootte en -verdeling, fasevolumeverhouding, temperatuur, enzovoort.
Hiervan zijn de fysieke aard van de grensvlakfilm, elektrische interacties en sterische hindering het meest cruciaal.
(1) Fysische eigenschappen van de grensvlakfilm
Botsingen tussen druppels in de gedispergeerde fase zijn een voorwaarde voor coalescentie. Coalescentie gaat onophoudelijk door, waarbij kleine druppels krimpen tot grotere, totdat de emulsie breekt. Tijdens de botsing en het samensmelten is de mechanische sterkte van de grensvlakfilm de belangrijkste bepalende factor voor de stabiliteit van de emulsie. Om de grensvlakfilm voldoende mechanische sterkte te geven, moet het een coherente film zijn – de samenstellende oppervlakteactieve moleculen moeten door sterke laterale krachten aan elkaar gebonden zijn. De film moet ook een goede elasticiteit bezitten, zodat plaatselijke schade door botsingen tussen druppels zich spontaan kan herstellen.
(2) Elektrische interacties
Druppeloppervlakken in emulsies kunnen om verschillende redenen bepaalde ladingen verkrijgen: ionisatie van ionische oppervlakteactieve stoffen, adsorptie van specifieke ionen op het druppeloppervlak, wrijving tussen druppels en het omringende medium, enzovoort. In olie-in-water (O/W) emulsies speelt de lading van druppels een cruciale rol bij het voorkomen van aggregatie, coalescentie en uiteindelijk breken. Volgens de colloïdstabiliteitstheorie trekken van der Waals-krachten druppels naar elkaar toe; wanneer druppels echter dicht genoeg bij elkaar komen zodat hun dubbele oppervlaktelagen elkaar overlappen, verhindert elektrostatische afstoting verdere toenadering. Het is duidelijk dat als de afstoting groter is dan de aantrekkingskracht, druppels minder snel botsen en coalesceren en de emulsie stabiel blijft; anders treden coalescentie en breken op.
Wat betreft water-in-olie (W/O) emulsies, dragen waterdruppels weinig lading en omdat de continue fase een lage diëlektrische constante en een dikke dubbellaag heeft, oefenen elektrostatische effecten slechts een geringe invloed uit op de stabiliteit.
(3) Sterische stabilisatie
Wanneer polymeren als emulgatoren fungeren, wordt de grensvlaklaag aanzienlijk dikker, waardoor een robuust lyofiel schild rond elke druppel ontstaat – een ruimtelijke barrière die voorkomt dat druppels elkaar naderen en contact maken. Het lyofiele karakter van polymeermoleculen houdt ook een aanzienlijke hoeveelheid vloeistof in de continue fase vast binnen de beschermende laag, waardoor deze een gelachtige structuur krijgt. Hierdoor vertoont het grensvlakgebied een verhoogde grensvlakviscositeit en gunstige visco-elasticiteit, wat helpt om het samensmelten van druppels te voorkomen en de stabiliteit te behouden. Zelfs als er enige coalescentie optreedt, vormen polymeeremulgatoren zich vaak in vezelachtige of kristallijne vormen aan het verkleinde grensvlak, waardoor de grensvlakfilm dikker wordt en verdere coalescentie wordt tegengegaan.
(4) Uniformiteit van de druppelgrootteverdeling
Wanneer een bepaald volume van de gedispergeerde fase wordt opgedeeld in druppels van verschillende groottes, heeft het systeem met de grotere druppels een kleiner totaal grensvlakoppervlak en dus een lagere grensvlakenergie, wat resulteert in een grotere thermodynamische stabiliteit. In een emulsie waarin zowel grote als kleine druppels voorkomen, hebben kleine druppels de neiging te krimpen, terwijl grote druppels groeien. Als dit proces ongecontroleerd doorgaat, zal de emulsie uiteindelijk breken. Daarom is een emulsie met een smalle, uniforme druppelgrootteverdeling stabieler dan een emulsie met een gelijke gemiddelde druppelgrootte maar een breed groottebereik.
(5) Invloed van de temperatuur
Temperatuurschommelingen kunnen de grensvlakspanning, de eigenschappen en viscositeit van de grensvlakfilm, de relatieve oplosbaarheid van de emulgator in de twee fasen, de dampdruk van de vloeibare fasen en de thermische beweging van de verspreide druppels beïnvloeden. Al deze veranderingen kunnen de stabiliteit van de emulsie beïnvloeden en zelfs fase-inversie of -breuk veroorzaken.
Geplaatst op: 27 november 2025