Zazwyczaj jedną fazę emulsji stanowi woda lub roztwór wodny, który nazywa się fazą wodną; drugą fazę stanowi faza organiczna, która nie miesza się z wodą, nazywana fazą olejową.

1. Klasyfikacja

Trzy metody klasyfikacji:

1. Podział ze względu na źródło: produkty naturalne i produkty syntetyczne;

2. Podział według masy cząsteczkowej: emulgatory o małej masie cząsteczkowej (c10-c20) i emulgatory o dużej masie cząsteczkowej (c tysiące);

3. W zależności od tego, czy jony mogą ulegać jonizacji w roztworze wodnym, można je podzielić na typy jonowe (aniony, kationy oraz aniony i kationy) i niejonowe.

Jest to najpowszechniej stosowana metoda klasyfikacji.

 

2. Funkcja i zasada działania emulgatorów

Główną funkcją emulgatorów jest redukcja napięcia powierzchniowego dwóch emulgowanych cieczy. Dlatego też, gdy surfaktanty są stosowane jako emulgatory, jeden koniec ich grupy hydrofobowej adsorbuje się na powierzchni nierozpuszczalnych cząstek cieczy (takich jak olej), podczas gdy grupa hydrofilowa rozciąga się w kierunku wody. Surfaktanty są kierunkowo ułożone na powierzchni cząstek cieczy, tworząc hydrofilowy film adsorpcyjny (film międzyfazowy), co zmniejsza wzajemne przyciąganie między kroplami, zmniejsza napięcie powierzchniowe między dwiema fazami i sprzyja wzajemnej dyspersji, tworząc emulsje.

Stężenie surfaktantu ma bezpośredni wpływ na wytrzymałość maski międzyfazowej. Przy wysokim stężeniu, wiele cząsteczek surfaktantu adsorbuje się na powierzchni międzyfazowej, tworząc gęstą i wytrzymałą maskę międzyfazową.

Różne emulgatory mają różne właściwości emulgujące, a ich ilość wymagana do uzyskania optymalnego efektu emulgującego również się różni. Ogólnie rzecz biorąc, im większa siła cząsteczkowa emulgatora tworzącego maskę graniczną, tym silniejsza jest wytrzymałość filmu i tym bardziej stabilny jest balsam; przeciwnie, im mniejsza siła, tym słabsza jest wytrzymałość filmu i tym bardziej niestabilna jest emulsja.

Obecność polarnych cząsteczek organicznych, takich jak alkohole tłuszczowe, kwasy tłuszczowe i aminy tłuszczowe w maseczce, znacznie zwiększa wytrzymałość membrany. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki emulgatora oddziałują z cząsteczkami polarnymi, takimi jak alkohole, kwasy i aminy, w warstwie adsorpcyjnej, tworząc kompleks, który zwiększa wytrzymałość maseczki.

Emulgator składający się z więcej niż dwóch surfaktantów jest emulgatorem mieszanym. Dzięki silnej interakcji między cząsteczkami napięcie międzyfazowe ulega znacznemu obniżeniu, ilość emulgatora zaadsorbowanego na powierzchni międzyfazowej ulega znacznemu zwiększeniu, a gęstość i wytrzymałość utworzonej maski międzyfazowej ulegają zwiększeniu.

Podczas tworzenia emulsji napięcie międzyfazowe między olejem a wodą ulega znacznemu obniżeniu dzięki udziałowi surfaktantów, co sprawia, że ​​emulsja staje się stabilna. Jednak w emulsji nadal występuje napięcie międzyfazowe między olejem a wodą, które nie może osiągnąć zera ze względu na CMC lub ograniczenia rozpuszczalności. Dlatego lotion jest układem termodynamicznie niestabilnym.

Napięcie międzyfazowe między olejem a wodą w mikroemulsji jest tak niskie, że nie można go zmierzyć. Jest to układ stabilny termodynamicznie. Osiąga się to głównie poprzez dodanie drugiego rodzaju surfaktantu o zupełnie innych właściwościach (takich jak alkohole o średniej wielkości cząsteczek, takie jak pentanol, heksanol i heptanol, znane jako kosurfaktanty), co może dodatkowo obniżyć napięcie międzyfazowe do bardzo niskiego poziomu, nawet skutkując chwilowymi wartościami ujemnymi. Można to wyjaśnić równaniem adsorpcji Gibbsa dla układów wieloskładnikowych.

 

3. Rodzaj emulsji

Typ

W typowej emulsji jedną fazę stanowi woda lub roztwór wodny, a drugą fazę stanowi substancja organiczna nierozpuszczalna w wodzie, np. tłuszcz, wosk itp. Emulsję utworzoną przez wodę i olej można podzielić na trzy typy:

(a) Typ oleju w wodzie (O'W)
(e) Mleko złożone (W/O/W)
(b) Typ oleju w wodzie (W/O)

(1) Emulsja olejowo-wodna (O/W), czyli olej rozproszony w wodzie. Olej jest fazą rozproszoną (fazą wewnętrzną), a woda fazą ciągłą (fazą zewnętrzną). Emulsja olejowo-wodna może być rozcieńczana wodą. Na przykład mleko, mleko sojowe itp.

(2) Emulsja wodno-olejowa (W/0), czyli woda rozproszona w oleju. Woda jest fazą rozproszoną (fazą wewnętrzną), a olej fazą ciągłą (fazą zewnętrzną) emulsji woda-olej. Ten rodzaj emulsji można rozcieńczać olejem, takim jak masło sztuczne, ropa naftowa itp.

(3) Emulsje pierścieniowe, powstające w wyniku naprzemiennej dyspersji fazy wodnej i olejowej warstwa po warstwie, występują głównie w dwóch postaciach: olej w wodzie i olej w oleju 0/W/0 (tj. faza wodna z zawieszonymi w fazie olejowej rozproszonymi kroplami oleju) oraz woda w oleju i woda w wodzie W/0/W (tj. faza olejowa z zawieszonymi w fazie wodnej rozproszonymi kroplami wody). Ten typ emulsji jest rzadki i występuje głównie w ropie naftowej.

 

Metoda sprawdzania rodzaju emulsji

(1) Metoda rozcieńczania

Rozcieńczyć emulsję tą samą cieczą, co faza ciągła. Emulsja rozpuszczalna w wodzie jest typu olej/woda, a emulsja rozpuszczalna w oleju jest typu woda/olej.
Na przykład mleko można rozcieńczyć wodą, ale nie można go zmieszać z olejem roślinnym. Widać, że mleko jest emulsją typu O/W.

(2) Metoda przewodząca

Przewodność elektryczna wody i oleju znacznie się różni, a przewodność emulsji olejowo-wodnej jest setki razy większa niż emulsji wodno-olejowej. Dlatego do emulsji wprowadza się dwie elektrody, a neon łączy się szeregowo w pętli, co powoduje zapalenie się kontrolki olejowo-wodnej.

(3) Metoda barwienia

Dodaj do probówki 2–3 krople barwników na bazie oleju lub wody i oceń rodzaj emulsji na podstawie tego, jaki rodzaj barwnika może zapewnić równomierne zabarwienie fazy ciągłej.

(4) Metoda zwilżania bibuły filtracyjnej

Nanieś płyn na bibułę filtracyjną. Jeśli płyn może szybko się rozprężyć i na środku pozostanie mała kropla, płyn jest typu olej w wodzie; jeśli krople nie rozprężają się, jest to typ oleju w wodzie.

(5) Metoda refrakcji optycznej

Różny współczynnik załamania światła wody i oleju służy do identyfikacji rodzaju emulsji. Jeśli emulsja to olej w wodzie, cząsteczki pełnią rolę zbierającą światło, a pod mikroskopem widoczny jest tylko lewy kontur cząsteczek; jeśli emulsja to woda w oleju, cząsteczki pełnią rolę astygmatyzmu, a pod mikroskopem widoczny jest tylko prawy kontur cząsteczek;

Główne czynniki wpływające na rodzaj emulsji

(1)Objętość fazowa:

Teoria objętości fazowej została zaproponowana przez Ostwalda z perspektywy geometrycznej. Zakłada ona, że ​​zakładając, że ciekłe kulki płynu mają ten sam rozmiar i są sztywnymi kulkami, frakcja objętości fazowej ciekłych kulek może stanowić jedynie 74,02% całkowitej objętości, gdy są one najgęściej upakowane. Jeśli całkowita liczba objętości fazowej ciekłych kulek przekracza 74,02%, płyn ulegnie deformacji lub uszkodzeniu.

(a) Jednolita, bogata w krople, tkana emulsja
(b) Nierównomierna gęsta emulsja o kroplach
(c) Krople cieczy niesferyczne wymagają układania w stosy i emulsji (niestabilne)

Weźmy na przykład emulsję typu O/W. Jeśli liczba fazowa oleju jest większa niż 74,02%, emulsja może utworzyć tylko typ W/0, gdy typ O/i jest mniejszy niż 25,98%, a gdy frakcja wynosi 25,98% -74,02%, może utworzyć się zarówno typ 0/W, jak i W0.

 

Struktura molekularna i właściwości emulgatorów – teoria klina

Teoria klina opiera się na przestrzennej strukturze emulgatorów, która służy do określenia rodzaju emulsji. Teoria klina sugeruje, że pola przekroju poprzecznego grup hydrofilowych i hydrofobowych w emulgatorach nie są równe. Cząsteczki emulgatorów są postrzegane jako kliny, z jednym końcem większym, a drugim mniejszym. Mniejszy koniec emulgatora można wprowadzić w powierzchnię kropli jak klin i ułożyć kierunkowo na granicy faz olej-woda. Koniec hydrofilowy, polarny, sięga do fazy wodnej, podczas gdy lipofilowy łańcuch węglowodorowy sięga do fazy olejowej, co skutkuje zwiększoną wytrzymałością międzyfazową.

 

Wpływ materiału emulgującego na rodzaj emulsji

Oprócz wpływu takich czynników, jak skład emulsji i warunki jej tworzenia, na jej rodzaj wpływają również warunki zewnętrzne. Na przykład, hydrofilowy i lipofilowy charakter ścianek emulsji jest silny, a emulsja typu O/W łatwo tworzy się, gdy hydrofilowy charakter ścianek emulsji jest silny, podczas gdy emulsja typu W/O łatwo tworzy się, gdy lipofilowy charakter ścianek emulsji jest silny. Wynika to z faktu, że ciecz musi utrzymywać warstwę fazy ciągłej na ściankach, aby utrudnić jej rozproszenie w kulki cieczy podczas mieszania. Szkło jest hydrofilowe, a plastik hydrofobowe, więc pierwsze z nich jest podatne na tworzenie emulsji typu O/W, a drugie – na tworzenie emulsji typu W/O.

 

Teoria prędkości agregacji dwóch faz

Teoria szybkości koalescencji bierze się z wpływu szybkości koalescencji dwóch rodzajów kropel tworzących emulsję na samą emulsję i zakłada, że ​​szybkość koalescencji dwóch rodzajów kropel zależy od szybkości koalescencji dwóch rodzajów kropel, gdy emulsja, shark i kill razem pokrywają zapotrzebowanie.

 

Temperatura

Wzrost temperatury obniża stopień hydratacji grup hydrofilowych, zmniejszając tym samym hydrofilowość cząsteczek. W związku z tym emulsja 0/w utworzona w niskich temperaturach może po ogrzaniu przekształcić się w emulsję W/0. Ta temperatura przejścia fazowego to temperatura, w której właściwości hydrofilowe i lipofilowe surfaktantu osiągają odpowiednią równowagę, znaną jako temperatura przejścia fazowego PIT.

Jednakże, gdy stężenie emulgatora jest wystarczająco duże, aby zrównoważyć wpływ właściwości zwilżających materiału emulgującego, rodzaj powstającej emulsji zależy wyłącznie od natury samego emulgatora i nie ma nic wspólnego z hydrofilowością i lipofilowością ściany naczynia.