Faktorer som styr emulsionernas stabilitet
I praktiska tillämpningar avser en emulsions stabilitet de dispergerade fasdropparnas förmåga att motstå koalescens. Bland mätvärdena för att mäta emulsionsstabilitet är koalescenshastigheten mellan dispergerade droppar av största vikt; den kan bestämmas genom att mäta hur antalet droppar per volymenhet förändras över tid. När droppar i emulsionen smälter samman till större droppar och slutligen leder till att de går sönder, beror hastigheten på denna process huvudsakligen på följande faktorer: gränssnittsfilmens fysikaliska egenskaper, elektrostatisk repulsion mellan dropparna, steriskt hinder från polymerfilmer, viskositeten hos den kontinuerliga fasen, droppstorlek och fördelning, fasvolymförhållande, temperatur och så vidare.
Av dessa är gränssnittsfilmens fysiska natur, elektriska interaktioner och steriskt hinder de mest kritiska.
(1) Fysiska egenskaper hos gränssnittsfilmen
Kollision mellan droppar i dispergerad fas är en förutsättning för koalescens. Koalescensen fortskrider oavbrutet och krymper små droppar till större tills emulsionen bryts. Under kollisionen och sammansmältningen är den mekaniska styrkan hos droppens gränsskikt den främsta avgörande faktorn för emulsionsstabilitet. För att ge gränsskiktet betydande mekanisk styrka måste den vara en koherent film – dess beståndsdelar av ytaktiva molekyler är bundna samman av starka laterala krafter. Filmen måste också ha god elasticitet, så att den spontant kan reparera sig själv när lokal skada uppstår från droppkollisioner.
(2) Elektriska interaktioner
Droppytor i emulsioner kan få vissa laddningar av olika anledningar: jonisering av joniska tensider, adsorption av specifika joner på droppytan, friktion mellan droppar och det omgivande mediet, etc. I olja-i-vatten (O/W) emulsioner spelar laddningen av droppar en viktig roll för att förhindra aggregering, koalescens och eventuell brytning. Enligt kolloidstabilitetsteorin drar van der Waals-krafter droppar samman; men när droppar närmar sig tillräckligt nära för att deras dubbla ytskikt ska överlappa varandra, hindrar elektrostatisk repulsion ytterligare närhet. Det är tydligt att om repulsionen överväger attraktionen är dropparna mindre benägna att kollidera och koalescera, och emulsionen förblir stabil; annars följer koalescens och brytning.
När det gäller vatten-i-olja (W/O)-emulsioner bär vattendropparna liten laddning, och eftersom den kontinuerliga fasen har en låg dielektricitetskonstant och ett tjockt dubbelskikt, har elektrostatiska effekter endast en mindre inverkan på stabiliteten.
(3) Sterisk stabilisering
När polymerer fungerar som emulgeringsmedel blir gränsskiktet betydligt tjockare och bildar en robust lyofil sköld runt varje droppe – en rumslig barriär som hindrar droppar från att närma sig och komma i kontakt. Polymermolekylernas lyofila natur innesluter också en avsevärd mängd kontinuerlig vätska i skyddsskiktet, vilket gör det gelliknande. Följaktligen uppvisar gränssnittsområdet ökad gränssnittsviskositet och gynnsam viskoelasticitet, vilket hjälper till att förhindra dropparna från att sammansmälta och bevara stabiliteten. Även om viss koalescens inträffar, samlas polymeremulgeringsmedel ofta vid det minskade gränssnittet i fiber- eller kristallina former, vilket förtjocker gränssnittsfilmen och därigenom avvärjer ytterligare koalescens.
(4) Enhetlighet i droppstorleksfördelningen
När en given volym av dispergerad fas bryts ner i droppar av varierande storlek, har systemet som består av större droppar en mindre total gränsyta och därmed lägre gränsyteenergi, vilket ger större termodynamisk stabilitet. I en emulsion där droppar av både stora och små storlekar samexisterar tenderar små droppar att krympa medan stora växer. Om denna utveckling fortsätter okontrollerat kommer brytning så småningom att ske. Därför är en emulsion med en smal, enhetlig droppstorleksfördelning mer stabil än en vars genomsnittliga droppstorlek är densamma men vars storleksintervall är brett.
(5) Temperaturens inverkan
Temperaturvariationer kan förändra gränsytspänningen, gränsytfilmens egenskaper och viskositet, emulgeringsmedlets relativa löslighet i de två faserna, vätskefasernas ångtryck och den termiska rörelsen hos dispergerade droppar. Alla dessa förändringar kan påverka emulsionsstabiliteten och kan till och med orsaka fasinversion eller fasbrott.
Publiceringstid: 27 november 2025