Các yếu tố chi phối tính ổn định của nhũ tương
Trong các ứng dụng thực tế, độ ổn định của nhũ tương đề cập đến khả năng chống lại sự kết tụ của các giọt pha phân tán. Trong số các chỉ số để đánh giá độ ổn định của nhũ tương, tốc độ kết tụ giữa các giọt phân tán là quan trọng nhất; nó có thể được xác định bằng cách đo sự thay đổi số lượng giọt trên một đơn vị thể tích theo thời gian. Khi các giọt trong nhũ tương hợp nhất thành các giọt lớn hơn và cuối cùng dẫn đến sự phá vỡ, tốc độ của quá trình này chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau: tính chất vật lý của màng giao diện, lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt, cản trở không gian từ màng polymer, độ nhớt của pha liên tục, kích thước và phân bố giọt, tỷ lệ thể tích pha, nhiệt độ, v.v.
Trong số đó, bản chất vật lý của lớp màng giao diện, tương tác điện và cản trở không gian là những yếu tố quan trọng nhất.
(1) Tính chất vật lý của màng giao diện
Va chạm giữa các giọt phân tán là điều kiện tiên quyết cho sự kết tụ. Quá trình kết tụ diễn ra không ngừng, làm co các giọt nhỏ thành các giọt lớn hơn cho đến khi nhũ tương bị phá vỡ. Trong quá trình va chạm và hợp nhất, độ bền cơ học của màng liên kết giữa các giọt đóng vai trò là yếu tố quyết định hàng đầu đến độ ổn định của nhũ tương. Để màng liên kết có độ bền cơ học đáng kể, nó phải là một màng liên kết chặt chẽ—các phân tử chất hoạt động bề mặt cấu thành của nó được liên kết với nhau bằng các lực ngang mạnh. Màng cũng phải có độ đàn hồi tốt, để khi xảy ra hư hại cục bộ do va chạm giữa các giọt, nó có thể tự phục hồi.
(2) Tương tác điện
Bề mặt các giọt trong nhũ tương có thể tích điện vì nhiều lý do: sự ion hóa của chất hoạt động bề mặt ion, sự hấp phụ của các ion cụ thể lên bề mặt giọt, ma sát giữa các giọt và môi trường xung quanh, v.v. Trong nhũ tương dầu trong nước (O/W), sự tích điện của các giọt đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự kết tụ, hợp nhất và cuối cùng là sự vỡ vụn. Theo lý thuyết ổn định keo, lực van der Waals kéo các giọt lại gần nhau; tuy nhiên, khi các giọt tiến lại đủ gần để lớp điện kép trên bề mặt của chúng chồng lên nhau, lực đẩy tĩnh điện sẽ cản trở sự tiến lại gần hơn nữa. Rõ ràng, nếu lực đẩy lớn hơn lực hút, các giọt ít có khả năng va chạm và hợp nhất, và nhũ tương vẫn ổn định; ngược lại, sự hợp nhất và vỡ vụn sẽ xảy ra.
Đối với nhũ tương nước trong dầu (W/O), các giọt nước mang ít điện tích, và vì pha liên tục có hằng số điện môi thấp và lớp điện kép dày, nên các hiệu ứng tĩnh điện chỉ ảnh hưởng nhỏ đến độ ổn định.
(3) Ổn định không gian
Khi polyme đóng vai trò là chất nhũ hóa, lớp giao diện trở nên dày hơn đáng kể, tạo thành một lớp màng ưa nước bền vững bao quanh mỗi giọt – một rào cản không gian ngăn cản các giọt tiến lại gần và tiếp xúc. Bản chất ưa nước của các phân tử polyme cũng giữ lại một lượng đáng kể chất lỏng pha liên tục bên trong lớp bảo vệ, làm cho nó có dạng gel. Do đó, vùng giao diện thể hiện độ nhớt giao diện cao hơn và độ đàn hồi nhớt thuận lợi, giúp ngăn ngừa sự hợp nhất của các giọt và duy trì sự ổn định. Ngay cả khi xảy ra sự kết tụ, các chất nhũ hóa polyme thường tập hợp tại giao diện bị suy giảm ở dạng sợi hoặc tinh thể, làm dày màng giao diện và do đó ngăn chặn sự kết tụ tiếp theo.
(4) Tính đồng nhất của phân bố kích thước giọt
Khi một thể tích pha phân tán nhất định được chia thành các giọt có kích thước khác nhau, hệ thống gồm các giọt lớn hơn sẽ có diện tích bề mặt tiếp xúc tổng cộng nhỏ hơn và do đó năng lượng bề mặt tiếp xúc thấp hơn, mang lại độ ổn định nhiệt động học cao hơn. Trong một nhũ tương nơi các giọt có cả kích thước lớn và nhỏ cùng tồn tại, các giọt nhỏ có xu hướng co lại trong khi các giọt lớn phát triển. Nếu quá trình này tiếp tục không được kiểm soát, cuối cùng sẽ xảy ra hiện tượng vỡ. Do đó, một nhũ tương có phân bố kích thước giọt hẹp và đồng nhất sẽ ổn định hơn so với nhũ tương có kích thước giọt trung bình như nhau nhưng phạm vi kích thước rộng.
(5) Ảnh hưởng của nhiệt độ
Sự thay đổi nhiệt độ có thể làm thay đổi sức căng bề mặt, tính chất và độ nhớt của màng liên pha, độ hòa tan tương đối của chất nhũ hóa trong hai pha, áp suất hơi của các pha lỏng và chuyển động nhiệt của các giọt phân tán. Tất cả những thay đổi này có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của nhũ tương và thậm chí có thể gây ra hiện tượng đảo pha hoặc phá vỡ nhũ tương.
Thời gian đăng bài: 27/11/2025