Dejavniki, ki vplivajo na stabilnost emulzij
V praktični uporabi se stabilnost emulzije nanaša na sposobnost kapljic dispergirane faze, da se uprejo koalescenci. Med metrikami za merjenje stabilnosti emulzije je najpomembnejša hitrost koalescence med dispergiranimi kapljicami; določimo jo lahko z merjenjem, kako se število kapljic na enoto prostornine spreminja sčasoma. Ko se kapljice v emulziji združujejo v večje in na koncu pride do loma, je hitrost tega procesa odvisna predvsem od naslednjih dejavnikov: fizikalnih lastnosti medfaznega filma, elektrostatičnega odbijanja med kapljicami, sterične ovire zaradi polimernih filmov, viskoznosti zvezne faze, velikosti in porazdelitve kapljic, razmerja med fazami in volumni, temperature in tako naprej.
Od teh so najpomembnejše fizikalna narava medfaznega filma, električne interakcije in sterična ovira.
(1) Fizikalne lastnosti medfazne folije
Trki med kapljicami dispergirane faze so predpogoj za koalescenco. Koalescenca poteka neprekinjeno, pri čemer se majhne kapljice krčijo v večje, dokler se emulzija ne zlomi. Med trki in združevanjem je mehanska trdnost medfazne folije kapljice najpomembnejši dejavnik stabilnosti emulzije. Da bi medfazna folija imela znatno mehansko trdnost, mora biti koherentna – njene sestavne molekule površinsko aktivne snovi so povezane z močnimi stranskimi silami. Film mora imeti tudi dobro elastičnost, da se lahko v primeru lokalizirane poškodbe zaradi trkov kapljic spontano popravi.
(2) Električne interakcije
Površine kapljic v emulzijah lahko pridobijo določene naboje iz različnih razlogov: ionizacija ionskih površinsko aktivnih snovi, adsorpcija specifičnih ionov na površino kapljic, trenje med kapljicami in okoliškim medijem itd. V emulzijah olje v vodi (O/W) ima naboj kapljic ključno vlogo pri preprečevanju agregacije, koalescence in morebitnega loma. V skladu s teorijo koloidne stabilnosti van der Waalsove sile vlečejo kapljice skupaj; ko pa se kapljice dovolj približajo, da se njihove površinske dvojne plasti prekrivajo, elektrostatično odbijanje ovira nadaljnje zbliževanje. Jasno je, da če odbijanje prevlada nad privlačnostjo, so kapljice manj nagnjene k trčenju in koalescenci, emulzija pa ostane stabilna; sicer pride do koalescence in loma.
Kar zadeva emulzije voda-v-olju (V/O), imajo vodne kapljice majhen naboj, in ker ima neprekinjena faza nizko dielektrično konstanto in debelo dvojno plast, imajo elektrostatični učinki le majhen vpliv na stabilnost.
(3) Sterična stabilizacija
Ko polimeri služijo kot emulgatorji, postane medfazna plast bistveno debelejša in okoli vsake kapljice tvori robusten liofilni ščit – prostorsko pregrado, ki preprečuje kapljicam, da bi se približale in vzpostavile stik. Liofilna narava polimernih molekul prav tako ujame precejšnjo količino tekočine v kontinuirni fazi znotraj zaščitne plasti, zaradi česar je gel podobna. Posledično ima medfazno območje povečano medfazno viskoznost in ugodno viskoelastičnost, kar pomaga preprečiti združevanje kapljic in ohraniti stabilnost. Tudi če pride do nekaj koalescence, se polimerni emulgatorji pogosto združijo na zmanjšani vmesniku v vlaknati ali kristalinični obliki, kar zgosti medfazni film in s tem prepreči nadaljnjo koalescenco.
(4) Enakomernost porazdelitve velikosti kapljic
Ko se dani volumen disperzne faze razbije na kapljice različnih velikosti, ima sistem, ki ga sestavljajo večje kapljice, manjšo skupno medfazno površino in s tem nižjo medfazno energijo, kar zagotavlja večjo termodinamično stabilnost. V emulziji, kjer hkrati obstajajo kapljice velike in majhne velikosti, se majhne kapljice ponavadi krčijo, velike pa rastejo. Če se to napredovanje nekontrolirano nadaljuje, bo sčasoma prišlo do razpada. Zato je emulzija z ozko, enakomerno porazdelitvijo velikosti kapljic stabilnejša od tiste, katere povprečna velikost kapljic je enaka, vendar je razpon velikosti širok.
(5) Vpliv temperature
Temperaturne spremembe lahko spremenijo medfazno napetost, lastnosti in viskoznost medfaznega filma, relativno topnost emulgatorja v obeh fazah, parni tlak tekočih faz in toplotno gibanje dispergiranih kapljic. Vse te spremembe lahko vplivajo na stabilnost emulzije in lahko celo povzročijo fazno inverzijo ali prekinitev faze.
Čas objave: 27. november 2025