ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อความเสถียรของอิมัลชัน

ปัจจัยที่ควบคุมเสถียรภาพของอิมัลชัน

ในการใช้งานจริง ความเสถียรของอิมัลชันหมายถึงความสามารถของหยดสารในเฟสกระจายตัวในการต้านทานการรวมตัวกัน ในบรรดาตัวชี้วัดความเสถียรของอิมัลชัน อัตราการรวมตัวกันของหยดสารที่กระจายตัวนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง สามารถกำหนดได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของจำนวนหยดสารต่อปริมาตรเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อหยดสารในอิมัลชันรวมตัวกันเป็นหยดสารขนาดใหญ่ขึ้นและในที่สุดนำไปสู่การแตกตัว ความเร็วของกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักๆ ดังต่อไปนี้: คุณสมบัติทางกายภาพของฟิล์มที่ส่วนต่อประสาน แรงผลักทางไฟฟ้าสถิตระหว่างหยดสาร การกีดขวางทางกายภาพจากฟิล์มพอลิเมอร์ ความหนืดของเฟสต่อเนื่อง ขนาดและการกระจายตัวของหยดสาร อัตราส่วนปริมาตรของเฟส อุณหภูมิ และอื่นๆ

ในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ ลักษณะทางกายภาพของฟิล์มที่ส่วนต่อประสาน ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้า และการกีดขวางทางกายภาพ ถือเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด

(1) คุณสมบัติทางกายภาพของฟิล์มที่ส่วนต่อประสาน

การชนกันระหว่างหยดของเฟสที่กระจายตัวเป็นเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการรวมตัวกัน การรวมตัวกันดำเนินไปอย่างไม่หยุดยั้ง ทำให้หยดเล็กๆ หดตัวกลายเป็นหยดที่ใหญ่ขึ้นจนกระทั่งอิมัลชันแตก ในระหว่างการชนและการรวมตัวกัน ความแข็งแรงเชิงกลของฟิล์มที่ผิวสัมผัสของหยดเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการกำหนดเสถียรภาพของอิมัลชัน เพื่อให้ฟิล์มที่ผิวสัมผัสมีความแข็งแรงเชิงกลที่เพียงพอ ฟิล์มนั้นจะต้องเป็นฟิล์มที่เชื่อมต่อกัน กล่าวคือ โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวที่เป็นส่วนประกอบนั้นยึดติดกันด้วยแรงด้านข้างที่แข็งแรง ฟิล์มนั้นต้องมีความยืดหยุ่นที่ดีด้วย เพื่อที่เมื่อเกิดความเสียหายเฉพาะจุดจากการชนกันของหยด ฟิล์มจะสามารถซ่อมแซมตัวเองได้โดยอัตโนมัติ

(2) ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้า

พื้นผิวของหยดน้ำมันในอิมัลชันอาจมีประจุได้ด้วยเหตุผลต่างๆ เช่น การแตกตัวเป็นไอออนของสารลดแรงตึงผิวแบบไอออนิก การดูดซับไอออนเฉพาะบนพื้นผิวของหยดน้ำมัน แรงเสียดทานระหว่างหยดน้ำมันกับตัวกลางโดยรอบ เป็นต้น ในอิมัลชันแบบน้ำมันในน้ำ (O/W) การมีประจุของหยดน้ำมันมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการรวมตัว การหลอมรวม และการแตกตัวในที่สุด ตามทฤษฎีความเสถียรของคอลลอยด์ แรงแวนเดอร์วาลส์จะดึงดูดหยดน้ำมันเข้าหากัน แต่เมื่อหยดน้ำมันเข้าใกล้กันมากพอจนชั้นคู่บนพื้นผิวของพวกมันซ้อนทับกัน แรงผลักทางไฟฟ้าสถิตจะขัดขวางไม่ให้เข้าใกล้กันมากขึ้น เห็นได้ชัดว่า หากแรงผลักมีมากกว่าแรงดึงดูด หยดน้ำมันก็จะชนกันและหลอมรวมได้ยากขึ้น และอิมัลชันก็จะคงความเสถียร มิฉะนั้น การหลอมรวมและการแตกตัวก็จะเกิดขึ้น

สำหรับอิมัลชันแบบน้ำในน้ำมัน (W/O) หยดน้ำมีประจุไฟฟ้าน้อย และเนื่องจากเฟสต่อเนื่องมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำและมีชั้นคู่หนา ผลกระทบจากไฟฟ้าสถิตจึงมีอิทธิพลต่อเสถียรภาพเพียงเล็กน้อย

(3) การทำให้เสถียรทางสเตอริก

เมื่อพอลิเมอร์ทำหน้าที่เป็นอิมัลซิไฟเออร์ ชั้นผิวสัมผัสจะหนาขึ้นอย่างมาก ก่อตัวเป็นเกราะไลโอฟิลิกที่แข็งแรงรอบหยดน้ำมันแต่ละหยด ซึ่งเป็นกำแพงกั้นที่ขัดขวางไม่ให้หยดน้ำมันเข้าใกล้และสัมผัสกัน คุณสมบัติไลโอฟิลิกของโมเลกุลพอลิเมอร์ยังดักจับของเหลวในเฟสต่อเนื่องจำนวนมากไว้ภายในชั้นป้องกัน ทำให้มีลักษณะคล้ายเจล ผลที่ตามมาคือ บริเวณผิวสัมผัสแสดงความหนืดของผิวสัมผัสที่สูงขึ้นและความยืดหยุ่นที่เหมาะสม ซึ่งช่วยป้องกันการรวมตัวของหยดน้ำมันและรักษาเสถียรภาพ แม้ว่าจะเกิดการรวมตัวกันบ้าง อิมัลซิไฟเออร์พอลิเมอร์มักจะรวมตัวกันที่ผิวสัมผัสที่บางลงในรูปแบบเส้นใยหรือผลึก ทำให้ฟิล์มผิวสัมผัสหนาขึ้นและป้องกันการรวมตัวกันต่อไป

(4) ความสม่ำเสมอของการกระจายขนาดหยดน้ำ

เมื่อปริมาตรที่กำหนดของเฟสที่กระจายตัวถูกแบ่งออกเป็นหย droplets ที่มีขนาดแตกต่างกัน ระบบที่ประกอบด้วยหย droplets ขนาดใหญ่จะมีพื้นที่ผิวสัมผัสรวมน้อยกว่า และด้วยเหตุนี้จึงมีพลังงานผิวสัมผัสต่ำกว่า ทำให้มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากขึ้น ในอิมัลชันที่หย droplets ทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็กอยู่ร่วมกัน หย droplets ขนาดเล็กมีแนวโน้มที่จะหดตัวในขณะที่หย droplets ขนาดใหญ่จะขยายตัว หากกระบวนการนี้ดำเนินต่อไปโดยไม่หยุดยั้ง ในที่สุดก็จะเกิดการแตกตัว ดังนั้น อิมัลชันที่มีการกระจายขนาดของหย droplets ที่แคบและสม่ำเสมอจึงมีความเสถียรมากกว่าอิมัลชันที่มีขนาดหย droplets เฉลี่ยเท่ากัน แต่มีช่วงขนาดที่กว้าง

(5) อิทธิพลของอุณหภูมิ

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสามารถเปลี่ยนแปลงแรงตึงผิวระหว่างเฟส คุณสมบัติและความหนืดของฟิล์มที่ผิวสัมผัส ความสามารถในการละลายสัมพัทธ์ของอิมัลซิไฟเออร์ในสองเฟส ความดันไอของเฟสของเหลว และการเคลื่อนที่ทางความร้อนของหยดน้ำมันที่กระจายตัว การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดเหล่านี้สามารถส่งผลต่อเสถียรภาพของอิมัลชัน และอาจทำให้เกิดการกลับเฟสหรือการแตกตัวของอิมัลชันได้