Faktorer som styrer emulsjonenes stabilitet
I praktiske anvendelser refererer stabiliteten til en emulsjon til dråpenes dispergerte faseevne til å motstå koalesens. Blant målene for å måle emulsjonsstabilitet er koalesenshastigheten mellom dispergerte dråper avgjørende; den kan bestemmes ved å måle hvordan antall dråper per volumenhet endres over tid. Etter hvert som dråper i emulsjonen smelter sammen til større dråper og til slutt fører til brudd, avhenger hastigheten på denne prosessen hovedsakelig av følgende faktorer: de fysiske egenskapene til grenseflatefilmen, elektrostatisk frastøtning mellom dråpene, sterisk hindring fra polymerfilmer, viskositeten til den kontinuerlige fasen, dråpestørrelse og -fordeling, fasevolumforhold, temperatur og så videre.
Av disse er den fysiske naturen til grensefilmen, elektriske interaksjoner og sterisk hindring de mest kritiske.
(1) Fysiske egenskaper til grenseflatefilmen
Kollisjon mellom dråper i dispergert fase er forutsetningen for koalesens. Koalesensen fortsetter ustanselig, og krymper små dråper til større inntil emulsjonen brytes. Under kollisjon og sammensmelting er den mekaniske styrken til dråpens grenseflatefilm den viktigste faktoren for emulsjonsstabilitet. For å gi grenseflatefilmen betydelig mekanisk styrke, må den være en koherent film – dens bestanddeler av overflateaktive molekyler er bundet sammen av sterke sidekrefter. Filmen må også ha god elastisitet, slik at den spontant kan reparere seg selv når lokal skade oppstår fra dråpekollisjoner.
(2) Elektriske interaksjoner
Dråpeoverflater i emulsjoner kan tilegne seg visse ladninger av ulike årsaker: ionisering av ioniske overflateaktive stoffer, adsorpsjon av spesifikke ioner på dråpeoverflaten, friksjon mellom dråper og det omkringliggende mediet, osv. I olje-i-vann (O/W)-emulsjoner spiller ladningen av dråper en viktig rolle i å forhindre aggregering, koalesens og eventuell brudd. I følge kolloidstabilitetsteorien trekker van der Waals-krefter dråper sammen; men når dråper nærmer seg hverandre nok til at deres dobbelte overflatelag overlapper hverandre, hindrer elektrostatisk frastøting ytterligere nærhet. Det er tydelig at hvis frastøting oppveier tiltrekning, er dråper mindre tilbøyelige til å kollidere og koalesere, og emulsjonen forblir stabil; ellers oppstår koalesens og brudd.
Når det gjelder vann-i-olje (W/O)-emulsjoner, har vanndråper liten ladning, og fordi den kontinuerlige fasen har en lav dielektrisk konstant og et tykt dobbeltlag, har elektrostatiske effekter bare en liten innflytelse på stabiliteten.
(3) Sterisk stabilisering
Når polymerer fungerer som emulgatorer, blir grenseflatelaget betydelig tykkere og danner et robust lyofilt skjold rundt hver dråpe – en romlig barriere som hindrer dråpene i å komme nær og komme i kontakt. Polymermolekylenes lyofile natur fanger også en betydelig mengde kontinuerlig fasevæske i det beskyttende laget, noe som gjør det gellignende. Følgelig viser grenseflateområdet økt grenseflateviskositet og gunstig viskoelastisitet, noe som bidrar til å forhindre dråpesammenslåing og bevare stabiliteten. Selv om det oppstår en viss koalesens, samles polymeremulgatorer ofte ved det reduserte grenseflate i fiberholdige eller krystallinske former, noe som fortykker grenseflatefilmen og dermed forhindrer ytterligere koalesens.
(4) Ensartethet i dråpestørrelsesfordelingen
Når et gitt volum av dispergert fase brytes ned i dråper av varierende størrelser, har systemet som består av større dråper et mindre totalt grenseflateareal og dermed lavere grenseflateenergi, noe som gir større termodynamisk stabilitet. I en emulsjon der dråper av både store og små størrelser eksisterer side om side, har små dråper en tendens til å krympe mens store vokser. Hvis denne utviklingen fortsetter ukontrollert, vil det til slutt oppstå brudd. Derfor er en emulsjon med en smal, jevn dråpestørrelsesfordeling mer stabil enn en med samme gjennomsnittlige dråpestørrelse, men med et bredt størrelsesområde.
(5) Temperaturpåvirkning
Temperaturvariasjoner kan endre grenseflatespenningen, egenskapene og viskositeten til grenseflatefilmen, den relative løseligheten til emulgatoren i de to fasene, damptrykket til væskefasene og den termiske bevegelsen til dispergerte dråper. Alle disse endringene kan påvirke emulsjonsstabiliteten og kan til og med forårsake faseinversjon eller -brudd.
Publisert: 27. november 2025