Emülsiyonların Stabilitesini Belirleyen Faktörler
Pratik uygulamalarda, bir emülsiyonun stabilitesi, dağılmış faz damlacıklarının birleşmeye direnme yeteneğini ifade eder. Emülsiyon stabilitesini ölçmek için kullanılan metrikler arasında, dağılmış damlacıklar arasındaki birleşme hızı çok önemlidir; bu hız, birim hacim başına düşen damlacık sayısının zaman içinde nasıl değiştiğini ölçerek belirlenebilir. Emülsiyondaki damlacıklar daha büyük damlacıklar halinde birleşip nihayetinde parçalanmaya yol açtıkça, bu sürecin hızı esas olarak aşağıdaki faktörlere bağlıdır: arayüzey filminin fiziksel özellikleri, damlacıklar arasındaki elektrostatik itme, polimer filmlerden kaynaklanan sterik engel, sürekli fazın viskozitesi, damlacık boyutu ve dağılımı, faz hacim oranı, sıcaklık vb.
Bunlardan arayüzey filminin fiziksel yapısı, elektriksel etkileşimler ve sterik engelleme en kritik olanlarıdır.
(1) Arayüz Filminin Fiziksel Özellikleri
Dağılmış fazdaki damlacıklar arasındaki çarpışma, birleşme için ön koşuldur. Birleşme, emülsiyon bozulana kadar küçük damlacıkları daha büyük damlacıklara dönüştürerek durmaksızın devam eder. Çarpışma ve birleşme sürecinde, damlacıkların arayüzey filminin mekanik dayanımı, emülsiyon stabilitesinin en önemli belirleyicisidir. Arayüzey filmine önemli bir mekanik dayanım kazandırmak için, film tutarlı olmalıdır; yani bileşen yüzey aktif madde molekülleri güçlü yanal kuvvetlerle birbirine bağlanmalıdır. Film ayrıca iyi bir esnekliğe sahip olmalıdır, böylece damlacık çarpışmalarından kaynaklanan yerel hasar meydana geldiğinde kendiliğinden kendini onarabilir.
(2) Elektriksel Etkileşimler
Emülsiyonlardaki damlacık yüzeyleri çeşitli nedenlerle belirli yükler kazanabilir: iyonik yüzey aktif maddelerin iyonlaşması, belirli iyonların damlacık yüzeyine adsorpsiyonu, damlacıklar ile çevredeki ortam arasındaki sürtünme vb. Yağ-su (O/W) emülsiyonlarında, damlacıkların yüklenmesi, kümelenmeyi, birleşmeyi ve nihayetinde parçalanmayı önlemede hayati bir rol oynar. Kolloid stabilitesi teorisine göre, van der Waals kuvvetleri damlacıkları birbirine çeker; ancak damlacıklar yüzey çift katmanlarının üst üste gelecek kadar yaklaştığında, elektrostatik itme daha fazla yakınlaşmayı engeller. Açıkça, itme çekimden daha ağır basarsa, damlacıkların çarpışma ve birleşme olasılığı daha azdır ve emülsiyon kararlı kalır; aksi takdirde, birleşme ve parçalanma meydana gelir.
Su-yağ (W/O) emülsiyonlarına gelince, su damlacıkları az miktarda yük taşır ve sürekli fazın düşük dielektrik sabiti ve kalın çift katmanı nedeniyle, elektrostatik etkiler kararlılık üzerinde yalnızca küçük bir etkiye sahiptir.
(3) Sterik Stabilizasyon
Polimerler emülgatör görevi gördüğünde, arayüzey tabakası önemli ölçüde kalınlaşarak her damlacığın etrafında sağlam bir liyofilik kalkan oluşturur; bu, damlacıkların birbirine yaklaşmasını ve temas etmesini engelleyen uzamsal bir bariyerdir. Polimer moleküllerinin liyofilik yapısı ayrıca koruyucu tabaka içinde önemli miktarda sürekli fazlı sıvıyı hapsederek onu jel benzeri bir yapıya dönüştürür. Sonuç olarak, arayüzey bölgesi, damlacıkların birleşmesini önlemeye ve kararlılığı korumaya yardımcı olan yüksek arayüzey viskozitesi ve uygun viskoelastisite sergiler. Bazı birleşmeler meydana gelse bile, polimer emülgatörler genellikle azalmış arayüzeyde lifli veya kristal formlarda bir araya gelerek arayüzey filmini kalınlaştırır ve böylece daha fazla birleşmeyi engeller.
(4) Damlacık Boyutu Dağılımının Tekdüzeliği
Belirli bir hacimdeki dağılmış faz, farklı boyutlarda damlacıklara ayrıldığında, daha büyük damlacıklardan oluşan sistemin toplam arayüzey alanı daha küçüktür ve dolayısıyla arayüzey enerjisi daha düşüktür, bu da daha büyük termodinamik kararlılık sağlar. Hem büyük hem de küçük boyutlu damlacıkların bir arada bulunduğu bir emülsiyonda, küçük damlacıklar küçülme eğilimindeyken büyük damlacıklar büyür. Bu ilerleme kontrolsüz bir şekilde devam ederse, sonunda kırılma meydana gelir. Bu nedenle, dar ve homojen bir damlacık boyutu dağılımına sahip bir emülsiyon, ortalama damlacık boyutu aynı olan ancak boyut aralığı geniş olan bir emülsiyondan daha kararlıdır.
(5) Sıcaklığın Etkisi
Sıcaklık değişimleri, arayüzey gerilimini, arayüzey filminin özelliklerini ve viskozitesini, emülgatörün iki fazdaki nispi çözünürlüğünü, sıvı fazların buhar basıncını ve dağılmış damlacıkların termal hareketini değiştirebilir. Tüm bu değişiklikler emülsiyon stabilitesini etkileyebilir ve hatta faz tersine dönmesine veya bozulmasına neden olabilir.
Yayın tarihi: 27 Kasım 2025