Faktory ovplyvňujúce stabilitu emulzií
V praktických aplikáciách sa stabilita emulzie vzťahuje na schopnosť kvapôčok dispergovanej fázy odolávať koalescencii. Medzi metrikami na meranie stability emulzie je najdôležitejšia rýchlosť koalescencie medzi dispergovanými kvapôčkami; možno ju určiť meraním toho, ako sa počet kvapôčok na jednotku objemu mení v priebehu času. Keď sa kvapôčky v emulzii spájajú do väčších a nakoniec vedú k rozpadu, rýchlosť tohto procesu závisí najmä od nasledujúcich faktorov: fyzikálne vlastnosti medzifázového filmu, elektrostatické odpudzovanie medzi kvapôčkami, sterická prekážka z polymérnych filmov, viskozita spojitej fázy, veľkosť a rozloženie kvapôčok, pomer objemov fáz, teplota atď.
Z nich sú najdôležitejšie fyzikálna povaha medzifázového filmu, elektrické interakcie a sterická prekážka.
(1) Fyzikálne vlastnosti medzifázového filmu
Kolízie medzi kvapôčkami dispergovanej fázy sú predpokladom koalescencie. Koalescencia prebieha nepretržite, pričom sa malé kvapôčky zmenšujú na väčšie, až kým sa emulzia nerozbije. Počas kolízií a spájaní je mechanická pevnosť medzifázového filmu kvapôčky najdôležitejším určujúcim faktorom stability emulzie. Aby medzifázový film získal značnú mechanickú pevnosť, musí byť koherentný – jeho molekuly povrchovo aktívnych látok sú spojené silnými bočnými silami. Film musí mať tiež dobrú elasticitu, aby sa v prípade lokálneho poškodenia v dôsledku kolízií kvapôčok mohol spontánne opraviť.
(2) Elektrické interakcie
Povrchy kvapiek v emulziách môžu nadobudnúť určitý náboj z rôznych dôvodov: ionizácia iónových povrchovo aktívnych látok, adsorpcia špecifických iónov na povrch kvapky, trenie medzi kvapkami a okolitým médiom atď. V emulziách olej vo vode (O/W) hrá nabíjanie kvapiek kľúčovú úlohu v predchádzaní agregácii, koalescencii a prípadnému rozbitiu. Podľa teórie koloidnej stability van der Waalsove sily priťahujú kvapky k sebe; keď sa však kvapky priblížia dostatočne blízko na to, aby sa ich povrchové dvojité vrstvy prekryli, elektrostatické odpudzovanie bráni ďalšiemu priblíženiu. Je zrejmé, že ak odpudzovanie prevažuje nad príťažlivosťou, kvapky sú menej náchylné na zrážky a koalescenciu a emulzia zostáva stabilná; inak dochádza ku koalescencii a rozbitiu.
Pokiaľ ide o emulzie voda v oleji (W/O), kvapôčky vody nesú malý náboj a keďže spojitá fáza má nízku dielektrickú konštantu a hrubú dvojitú vrstvu, elektrostatické efekty majú len malý vplyv na stabilitu.
(3) Sterická stabilizácia
Keď polyméry slúžia ako emulgátory, medzifázová vrstva sa podstatne zhrubne a okolo každej kvapky vytvorí robustný lyofilný štít – priestorovú bariéru, ktorá bráni kvapkám v priblížení sa a nadviazaní kontaktu. Lyofilná povaha polymérnych molekúl tiež zachytáva značné množstvo kvapaliny v kontinuálnej fáze v ochrannej vrstve, čím sa stáva gélovitou. V dôsledku toho medzifázová oblasť vykazuje zvýšenú medzifázovú viskozitu a priaznivú viskoelasticitu, čo pomáha predchádzať zlúčeniu kvapiek a zachovávať stabilitu. Aj keď dôjde k určitej koalescencii, polymérne emulgátory sa často zhromažďujú na zmenšenom rozhraní vo vláknitých alebo kryštalických formách, čím zahusťujú medzifázový film a tým zabraňujú ďalšej koalescencii.
(4) Rovnomernosť distribúcie veľkosti kvapiek
Keď sa daný objem dispergovanej fázy rozbije na kvapôčky rôznych veľkostí, systém pozostávajúci z väčších kvapôčok má menšiu celkovú medzifázovú plochu, a teda nižšiu medzifázovú energiu, čo poskytuje väčšiu termodynamickú stabilitu. V emulzii, kde koexistujú kvapôčky veľkej aj malej veľkosti, majú malé kvapôčky tendenciu sa zmenšovať, zatiaľ čo veľké rastú. Ak tento postup pokračuje nekontrolovane, nakoniec dôjde k rozbitiu. Preto je emulzia s úzkym, rovnomerným rozložením veľkosti kvapôčok stabilnejšia ako emulzia, ktorej priemerná veľkosť kvapôčok je rovnaká, ale ktorej rozsah veľkostí je široký.
(5) Vplyv teploty
Zmeny teploty môžu zmeniť povrchové napätie, vlastnosti a viskozitu medzifázového filmu, relatívnu rozpustnosť emulgátora v oboch fázach, tlak pár kvapalných fáz a tepelný pohyb dispergovaných kvapôčok. Všetky tieto zmeny môžu ovplyvniť stabilitu emulzie a môžu dokonca vyvolať fázovú inverziu alebo rozpad.
Čas uverejnenia: 27. novembra 2025