Стабилност и стабилизация на емулсиите

Тъй като емулсията се разпръсква, общата граница течност - течност се увеличава рязко, което води до увеличаване на повърхностната енергия на Гибс S G. Емулсиите, приготвени без стабилизатори термодинамично и кинетично нестабилни и бързо коагулират. Извиква се процесът на коалесценция на дисперсни фазови капчици коалесценция. За разлика от коагулацията, коалесценцията е необратима.

Коалесценцията на емулсиите е придружена от непрекъснато увеличаване на диаметъра на диспергираните фазови капчици, което в крайна сметка води до загуба на седиментационна стабилност от системата и отделяне на течности. Размерът на частиците на диспергираната фаза обикновено надвишава 1 μm, т.е. при такива емулсии не се наблюдава движение на Браун и те първоначално са утаяването нестабилно.

При продължително стоене на такива (дори термодинамично стабилни) емулсии може да се получи пълно или частично разделяне на фазите. И така, в пълномасленото мляко, когато то стои, се образува слой сметана - най-големите капчици мазнина изплуват нагоре. За да се предотврати този процес, емулсиите (млякото) се хомогенизират - те се прекарват през специални устройства, които разпръскват капчиците до желания размер.

Коалесценцията лежи в основата на деемулгирането на суровите масла, рафинирането на растителни масла при производството на масло, обезмасляването, образуването на филми по време на боядисване и лаково покритие, микрокапсулирането и други процеси. Сливането на водни капчици е една от причините за валежите (дъжд, роса) от облаци и мъгла.

1. седиментационната стабилност се определя от тяхната дисперсия, разликата във фазовите плътности, вискозитета на средата.

Силно диспергираните емулсии са по-стабилни

2. Агрегатната стабилност е свързана с концентрацията на диспергираната фаза, с броя на капчиците и честотата на техните сблъсъци. Разредените емулсии могат да продължат достатъчно дълго.

Когато се разпръснат, се появяват емулсии от двата типа, но тази, която има по-висока съвкупна стабилност, определена от естеството на емулгатора, „оцелява“ от тях. Изборът на емулгатор се урежда от следното основно правило: Емулсиите от директен тип (O/W) се стабилизират с водоразтворими високомолекулни съединения (например протеини) или водоразтворими сапуни (например олеати на алкални метали). Емулсиите от обратен тип (W/O) се стабилизират с високомолекулни съединения, разтворими във въглеводороди (например полиизобутилен), олеофилни смоли и сапуни с поливалентни катиони (калциев олеат). Следователно емулгаторът трябва да има по-голям афинитет към течността, която ще се превърне в дисперсионна среда в емулсията.

Емулгатори

1. разтворими повърхностноактивни вещества и спирали

2. Праховете са хидрофилни или хидрофобни

1. хидрофилни емулгатори

(ПАВ, прахове, омокрящи се с вода: креда, гипс, глини) - стабилизиране на директни емулсии

Молекулите и частиците трябва да бъдат разположени отстрани на дисперсионната среда, т.е. от външната страна на капките

2. хидрофобни (по-добре разтворими в масло или прахове, които се овлажняват с масло: графит, въглища, сажди, цинифол) - обратни емулсии

Ефективното стабилизиране се улеснява от определена дисперсия на праха.

Ефективността на всеки емулгатор се оценява по два показателя:

1) стабилността на емулсията, стабилизирана от този емулгатор

2) от максималното количество емулсия, което може да бъде. стабилизиран с определена част от емулгатора.

Емулгиращата способност на праховете е по-ниска от тази на разтворимите емулгатори и се обяснява с образуването на структурна и механична бариера.

Най-големият емулгиращ ефект на повърхностноактивните вещества с броя на атомите С от 12 до 18 и силна полярна група (йоногенна).

HLB номер = 10-18 - директни емулсии

HLB номер = 3-8 - обратни емулсии

ВМС (желатин, сапонин, PVA) образуват триизмерни мрежи

стабилност

Фигура 8.1. Защитни адсорбционни слоеве по време на образуването на емулсии: а) - (O/W), стабилизатор C17H35COONa; б) - (Ш/М), стабилизатор (C17H35COO) 2Mg.

Специален случай е стабилизирането на емулсии силно диспергирани прахове.

Такова стабилизиране е възможно чрез селективно омокряне на прахове. Те трябва да бъдат по-добре навлажнени от течността, която ще стане дисперсионна среда. Така че, за да се получат емулсии (O/W), се използват прахове с хидрофилна повърхност: креда, кварц, BaSO4 и др. Прахообразните частици се придържат към повърхността на диспергирани фазови капчици (вж. Фигура 8.2 а) и по-голямата част от повърхността на частиците ще бъде на външните капчици, тъй като прахът е по-добре намокрен с вода.

Когато капките, "бронирани" от праха се сблъскат, не се получава коалесценция, тъй като маслото не може да преодолее праховия слой.

Ако твърдият емулгатор е по-добре овлажнен от неполярна течност (сажди, сулфиди, парафин и др.), Тогава по същите причини се образува емулсия (W/O) (Фигура 8.2 b). Опитът за стабилизиране на емулсията (O/W) с хидрофобен прах и емулсията (W/O) с хидрофилен прах, няма да постигне целта. Праховите частици в тези случаи са почти напълно изтеглени в капчиците (Фигура 8.2 в): когато такива капчици се сблъскат, ще настъпи коалесценция.

Използвайки ефективни, правилно подбрани емулгатори, е възможно да се получат емулсии от необходимия тип с дисперсна фазова концентрация до 99%.

диспергираната фаза
Ако емулгаторът не е достатъчно ефективен, тогава видът на емулсията, образувана по време на механично разпръскване, зависи главно от съотношението на обемите на фазите. Течността, съдържаща се в по-голям обем, обикновено се превръща в дисперсионна среда.

Фигура 8.2. Стабилизиране на емулсии с високо диспергирани прахове.

Един тип емулсия може да се преобразува в противоположния тип чрез промяна на естеството на емулгатора. Това явление се нарича обръщане на емулсии (фазова инверсия в емулсии). Например, бензен-във-вода емулсия, стабилизирана с натриев олеат, може лесно да се превърне в емулсия вода-в-бензен. За да направите това, добавете към емулсията сол на многовалентен йон, например калциев хлорид. В резултат на реакцията се образува калциев олеат, неразтворим във вода, но който е в състояние да се разтвори в бензен и да стабилизира обратната емулсия на вода в бензен.

Често в човешката практика възниква обратният проблем: не за стабилизиране на емулсиите, а за тяхното унищожаване. Например суровият нефт е емулсия на вода във въглеводороди, стабилизирани със смоли и асфалтени. Водата, съдържаща се в петрола, допринася за корозията на тръбопроводите, а изпомпването на вода заедно с петрола не е икономически целесъобразно.

Обикновено в такива случаи се използва т.нар. деулсификатори - това са повърхностноактивни вещества с къса верига. Те, имащи по-висока повърхностна активност от емулгаторите, са способни да адсорбират на повърхността на частици от диспергираната фаза на емулсиите и да изместват емулгаторните молекули. Деулсификаторите обаче не са способни да образуват механично силни адсорбционни филми. При достатъчно висока концентрация деемулгаторите разреждат еластични структурирани слоеве на повърхността на частиците (премахват структурния и механичен фактор за стабилност на системите), причинявайки коагулация на емулсии.

[1] В по-широк смисъл пълзенето се разбира като феномен на постепенно увеличаване на деформациите с течение на времето при постоянно напрежение.

[2] Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Колоидна химия. Москва: 1999, 316 S.