Factorii care guvernează stabilitatea emulsiilor
În aplicațiile practice, stabilitatea unei emulsii se referă la capacitatea picăturilor de fază dispersată de a rezista coalescenței. Printre parametrii pentru măsurarea stabilității emulsiei, rata de coalescență între picăturile dispersate este primordială; aceasta poate fi determinată prin măsurarea modului în care numărul de picături pe unitatea de volum se modifică în timp. Pe măsură ce picăturile din emulsie se contopesc cu unele mai mari și, în cele din urmă, duc la rupere, viteza acestui proces depinde în principal de următorii factori: proprietățile fizice ale peliculei interfaciale, repulsia electrostatică dintre picături, impedimentul steric din partea peliculelor polimerice, vâscozitatea fazei continue, dimensiunea și distribuția picăturilor, raportul volumului fazelor, temperatura și așa mai departe.
Dintre acestea, natura fizică a filmului interfacial, interacțiunile electrice și impedimentul steric sunt cele mai critice.
(1) Proprietățile fizice ale peliculei interfaciale
Coliziunea dintre picăturile în fază dispersată este o condiție prealabilă pentru coalescență. Coalescența are loc neîncetat, micșorând picăturile mici în unele mai mari până când emulsia se rupe. În cursul coliziunii și fuziunii, rezistența mecanică a peliculei interfaciale a picăturii reprezintă principalul factor determinant al stabilității emulsiei. Pentru a înzestra pelicula interfacială cu o rezistență mecanică substanțială, aceasta trebuie să fie o peliculă coerentă - moleculele sale surfactante constitutive legate între ele de forțe laterale puternice. Pelicula trebuie, de asemenea, să aibă o elasticitate bună, astfel încât, atunci când apar deteriorări localizate din cauza coliziunilor picăturilor, aceasta să se poată repara spontan.
(2) Interacțiuni electrice
Suprafețele picăturilor din emulsii pot dobândi anumite sarcini din diverse motive: ionizarea surfactanților ionici, adsorbția unor ioni specifici pe suprafața picăturii, frecarea dintre picături și mediul înconjurător etc. În emulsiile ulei-în-apă (O/W), încărcarea picăturilor joacă un rol vital în prevenirea agregării, coalescenței și, în cele din urmă, a ruperii. Conform teoriei stabilității coloizilor, forțele van der Waals apropie picăturile; totuși, atunci când picăturile se apropie suficient de mult pentru ca straturile duble de la suprafața lor să se suprapună, repulsia electrostatică împiedică o apropiere suplimentară. În mod evident, dacă repulsia depășește atracția, picăturile sunt mai puțin predispuse la coliziune și coalescență, iar emulsia rămâne stabilă; în caz contrar, au loc coalescența și ruperea.
În cazul emulsiilor apă-în-ulei (A/O), picăturile de apă poartă o sarcină electrică redusă și, deoarece faza continuă are o constantă dielectrică scăzută și un strat dublu gros, efectele electrostatice exercită doar o influență minoră asupra stabilității.
(3) Stabilizare sterică
Când polimerii servesc drept emulgatori, stratul interfacial devine substanțial mai gros, formând un scut liofil robust în jurul fiecărei picături - o barieră spațială care împiedică apropierea și contactul picăturilor. Natura liofilă a moleculelor de polimer captează, de asemenea, o cantitate considerabilă de lichid în fază continuă în stratul protector, făcându-l asemănător unui gel. În consecință, regiunea interfacială prezintă o vâscozitate interfacială crescută și o vâscoelasticitate favorabilă, care ajută la prevenirea fuziunii picăturilor și la păstrarea stabilității. Chiar dacă apare o oarecare coalescență, emulgatorii polimerici se asamblează adesea la interfața diminuată în forme fibroase sau cristaline, îngroșând pelicula interfacială și împiedicând astfel coalescența ulterioară.
(4) Uniformitatea distribuției dimensiunii picăturilor
Când un volum dat de fază dispersată este spart în picături de diferite dimensiuni, sistemul care cuprinde picături mai mari are o suprafață interfacială totală mai mică și, prin urmare, o energie interfacială mai mică, conferind o stabilitate termodinamică mai mare. Într-o emulsie în care coexistă picături atât de dimensiuni mari, cât și mici, picăturile mici tind să se micșoreze, în timp ce cele mari cresc. Dacă această progresie continuă necontrolată, în cele din urmă va apărea ruperea. Prin urmare, o emulsie cu o distribuție îngustă și uniformă a dimensiunii picăturilor este mai stabilă decât una a cărei dimensiune medie a picăturilor este aceeași, dar al cărei interval de dimensiuni este larg.
(5) Influența temperaturii
Variațiile de temperatură pot modifica tensiunea interfacială, proprietățile și vâscozitatea peliculei interfaciale, solubilitatea relativă a emulgatorului în cele două faze, presiunea de vapori a fazelor lichide și mișcarea termică a picăturilor dispersate. Toate aceste modificări pot afecta stabilitatea emulsiei și pot chiar induce inversiunea sau ruperea fazelor.
Data publicării: 27 noiembrie 2025