Фактори, що визначають стабільність емульсій
У практичному застосуванні стабільність емульсії стосується здатності крапель дисперсної фази протистояти коалесценції. Серед показників для оцінки стабільності емульсії першочергову роль має швидкість коалесценції серед дисперсних крапель; її можна визначити, вимірюючи, як кількість крапель на одиницю об'єму змінюється з часом. Оскільки краплі в емульсії зливаються в більші та зрештою призводять до руйнування, швидкість цього процесу залежить головним чином від таких факторів: фізичних властивостей міжфазної плівки, електростатичного відштовхування між краплями, стеричного перешкоджання з боку полімерних плівок, в'язкості безперервної фази, розміру та розподілу крапель, співвідношення об'ємів фаз, температури тощо.
З них найбільш критичними є фізична природа міжфазної плівки, електричні взаємодії та стеричні перешкоди.
(1) Фізичні властивості міжфазної плівки
Зіткнення крапель дисперсної фази є передумовою для коалесценції. Коалесценція відбувається безперервно, стискаючи дрібні краплі на більші, доки емульсія не розірветься. Під час зіткнення та злиття механічна міцність міжфазної плівки краплі є головним фактором, що визначає стабільність емульсії. Щоб надати міжфазній плівці суттєву механічну міцність, вона повинна бути когерентною плівкою — її складові молекули поверхнево-активної речовини пов'язані між собою сильними бічними силами. Плівка також повинна мати добру еластичність, щоб у разі виникнення локального пошкодження внаслідок зіткнень крапель вона могла спонтанно відновитися.
(2) Електричні взаємодії
Поверхні крапель в емульсіях можуть набувати певних зарядів з різних причин: іонізація іонних поверхнево-активних речовин, адсорбція специфічних іонів на поверхні крапель, тертя між краплями та навколишнім середовищем тощо. В емульсіях олія-у-воді (O/W) заряджання крапель відіграє життєво важливу роль у запобіганні агрегації, коалесценції та остаточному руйнуванні. Згідно з теорією колоїдної стійкості, сили Ван-дер-Ваальса притягують краплі разом; проте, коли краплі зближуються достатньо близько, щоб їхні поверхневі подвійні шари перекривалися, електростатичне відштовхування перешкоджає подальшому зближенню. Очевидно, що якщо відштовхування переважає притягання, краплі менш схильні до зіткнення та коалесценції, і емульсія залишається стабільною; в іншому випадку відбувається коалесценція та руйнування.
Що стосується емульсій вода-в-олії (В/О), краплі води несуть незначний заряд, і оскільки безперервна фаза має низьку діелектричну проникність і товстий подвійний шар, електростатичні ефекти мають лише незначний вплив на стабільність.
(3) Стерична стабілізація
Коли полімери служать емульгаторами, міжфазний шар стає значно товщим, утворюючи міцний ліофільний щит навколо кожної краплі — просторовий бар'єр, який перешкоджає краплям зближуватися та контактувати. Ліофільна природа молекул полімерів також захоплює значну кількість рідини безперервної фази всередині захисного шару, роблячи його гелеподібним. Отже, міжфазна область демонструє підвищену міжфазну в'язкість та сприятливу в'язкопружність, що допомагає запобігти злиттю крапель та зберегти стабільність. Навіть якщо відбувається деяка коалесценція, полімерні емульгатори часто збираються на зменшеній межі розділу у волокнисту або кристалічну форму, потовщуючи міжфазну плівку та тим самим запобігаючи подальшій коалесценції.
(4) Рівномірність розподілу розмірів крапель
Коли заданий об'єм дисперсної фази розбивається на краплі різного розміру, система, що складається з більших крапель, має меншу загальну площу міжфазної поверхні і, отже, нижчу міжфазну енергію, що забезпечує більшу термодинамічну стабільність. В емульсії, де співіснують краплі як великого, так і малого розмірів, малі краплі мають тенденцію стискатися, а великі – зростати. Якщо цей процес продовжується безконтрольно, зрештою відбудеться розбиття. Отже, емульсія з вузьким, рівномірним розподілом розмірів крапель є стабільнішою, ніж та, середній розмір крапель якої однаковий, але діапазон розмірів широкий.
(5) Вплив температури
Коливання температури можуть змінювати міжфазний натяг, властивості та в'язкість міжфазної плівки, відносну розчинність емульгатора у двох фазах, тиск пари рідких фаз та тепловий рух диспергованих крапель. Всі ці зміни можуть впливати на стабільність емульсії та навіть спричиняти інверсію або розрив фаз.
Час публікації: 27 листопада 2025 р.