Općenito, jedna faza emulzije je voda ili vodena otopina, koja se naziva vodena faza; druga faza je organska faza koja se ne miješa s vodom, poznata kao uljna faza.

1. Klasifikacija

Tri metode klasifikacije:

1. Klasificirano prema izvoru: prirodni proizvodi i sintetički proizvodi;

2. Klasificirani prema molekularnoj težini: emulgatori niske molekularne težine (c10-c20) i emulgatori visoke molekularne težine (c tisuće);

3. Prema tome može li se ionizirati u vodenoj otopini, može se podijeliti na ionski tip (anioni, kationi te anioni i kationi) i neionski tip.

Ovo je najčešće korištena metoda klasifikacije.

 

2. Funkcija i princip emulgatora

Glavna funkcija emulgatora je smanjenje površinske napetosti dviju tekućina koje se emulgiraju. Stoga, kada se surfaktanti koriste kao emulgatori, jedan kraj njihove hidrofobne skupine adsorbira se na površinu netopljivih tekućih čestica (kao što je ulje), dok se hidrofilna skupina proteže prema vodi. Surfaktanti su usmjereno raspoređeni na površini tekućih čestica kako bi formirali hidrofilni adsorpcijski film (međufazni film), kako bi se smanjilo međusobno privlačenje između kapljica, smanjila površinska napetost između dviju faza i potaknula međusobna disperzija kako bi se formirale emulzije.

Koncentracija surfaktanta izravno utječe na čvrstoću maske za lice na granici faza. Pri visokoj koncentraciji, mnoge molekule surfaktanta adsorbiraju se na granici faza, tvoreći gustu i čvrstu masku za lice na granici faza.

Različiti emulgatori imaju različite učinke emulgiranja, a količina potrebna za postizanje optimalnog učinka emulgiranja također varira. Općenito govoreći, što je veća molekularna sila emulgatora koji tvori graničnu masku za lice, to je veća čvrstoća filma i losion stabilniji; naprotiv, što je manja sila, to je niža čvrstoća filma i emulzija nestabilnija.

Kada maska ​​za lice sadrži polarne organske molekule poput masnih alkohola, masnih kiselina i masnih amina, čvrstoća membrane se značajno poboljšava. To je zato što molekule emulgatora stupaju u interakciju s polarnim molekulama poput alkohola, kiseline i amina u sloju adsorpcije na granici površine kako bi formirale kompleks, što povećava čvrstoću maske za lice na granici površine.

Emulgator sastavljen od više od dva surfaktanta je miješani emulgator. Zbog jake interakcije između molekula, međufazna napetost je značajno smanjena, količina emulgatora adsorbiranog na granici je značajno povećana, a gustoća i čvrstoća formirane međufazne maske za lice su povećane.

Tijekom stvaranja emulzije, međufazna napetost između ulja i vode znatno se smanjuje zbog sudjelovanja surfaktanata, te emulzija postaje stabilna. Međutim, u emulziji još uvijek postoji međufazna napetost ulje-voda koja ne može dosegnuti nulu zbog ograničenja CMC-a ili topljivosti. Stoga je losion termodinamički nestabilan sustav.

Međufazna napetost između ulja i vode mikroemulzije je toliko niska da se ne može izmjeriti. To je termodinamički stabilan sustav. To se uglavnom postiže dodavanjem druge vrste surfaktanta s potpuno drugačijim svojstvima (kao što su alkoholi srednje veličine poput pentanola, heksanola i heptanola, poznati kao ko-surfaktanti), što može dodatno smanjiti međufaznu napetost na vrlo malu razinu, čak rezultirajući trenutnim negativnim vrijednostima. To se može objasniti Gibbsovom jednadžbom adsorpcije za višekomponentne sustave.

 

3. Vrsta emulzije

Tip

Uobičajena emulzija, jedna faza je voda ili vodena otopina, a druga je organska tvar koja je netopljiva u vodi, poput masti, voska itd. Emulzije nastale od vode i ulja mogu se podijeliti u tri vrste:

(a) Vrsta ulja u vodi (O'W)
(e) Mješano mlijeko (v/u/v)
(b) Vrsta ulja u vodi (W/O)

(1) Emulzija ulje/voda (0/W), ulje dispergirano u vodi. Ulje je dispergirana faza (unutarnja faza), a voda je kontinuirana faza (vanjska faza) emulzija ulja u vodi, koja se može razrijediti vodom. Kao što su mlijeko, sojino mlijeko itd.

(2) Emulzija voda/ulje (W/0), voda dispergirana u ulju. Voda je dispergirana faza (unutarnja faza), a ulje je kontinuirana faza (vanjska faza) emulzije vode u ulju. Ova vrsta emulzije može se razrijediti uljem. Kao što su umjetni maslac, sirova nafta itd.

(3) Emulzije prstenastog oblika, nastale naizmjeničnom disperzijom vodene i uljne faze sloj po sloj, uglavnom dolaze u dva oblika: ulje u vodi i ulje u ulju 0/W/0 (tj. vodena faza s dispergiranim kapljicama ulja suspendiranim u uljnoj fazi i voda u ulju i voda u vodi W/0/W (tj. uljna faza s dispergiranim kapljicama vode suspendiranim u vodenoj fazi). Ova vrsta emulzije je rijetka i općenito postoji u sirovoj nafti.

 

Metoda provjere vrste emulzije

(1) Metoda razrjeđivanja

Razrijedite emulziju istom tekućinom kao i kontinuiranu fazu. Emulzija topljiva u vodi je tipa ulje/voda, a emulzija topljiva u ulju je tipa voda/ulje.
Na primjer, mlijeko se može razrijediti vodom, ali se ne može miješati s biljnim uljem. Može se vidjeti da je mlijeko emulzija ulja u vodi.

(2) Konduktivna metoda

Vodljivost vode i ulja uvelike se razlikuje, a vodljivost emulzije ulje/voda je stotine puta veća od vodljivosti emulzije voda/ulje. Stoga se u emulziju umetnu dvije elektrode, a neon se u petlji spoji serijski, a lampica ulje/voda svijetli.

(3) Metoda bojenja

U epruvetu dodajte 2-3 kapi bojila na bazi ulja ili vode i procijenite vrstu emulzije prema tome koja vrsta bojila može ravnomjerno obojiti kontinuiranu fazu.

(4) Metoda vlaženja filter papira

Kapnite losion na filter papir. Ako se tekućina može brzo širiti i u sredini ostane mala kapljica, losion je tipa ulje u vodi; ako se kapljice losiona ne šire, onda je tipa ulje u vodi.

(5) Metoda optičke refrakcije

Različiti indeks loma svjetlosti vode i ulja koristi se za identifikaciju vrste emulzije. Ako je emulzija ulje u vodi, čestice imaju ulogu sakupljanja svjetlosti i mikroskopom se može vidjeti samo lijevi obris čestica; Ako je emulzija voda u ulju, čestice imaju ulogu astigmatizma i mikroskopom se može vidjeti samo desni obris čestica;

Glavni čimbenici koji utječu na vrstu emulzije

(1) Volumen faze:

Teoriju faznog volumena predložio je Ostwald iz geometrijske perspektive. Stajalište je da, pod pretpostavkom da su tekuće kuglice losiona iste veličine i krute sfere, udio faznog volumena tekućih kuglica može činiti samo 74,02% ukupnog volumena kada su najgušće zbijene. Ako je integralni broj faznog volumena tekućih kuglica veći od 74,02%, losion će se deformirati ili oštetiti.

(a) Ujednačena emulzija tkanja bogata kapljicama
(b) Neravnomjerna emulzija gustog slaganja kapljica
(c) Nesferične kapljice tekućine zahtijevaju slaganje i emulziju (nestabilne)

Uzmimo emulziju tipa O/W kao primjer, ako je fazni integralni broj ulja veći od 74,02%, emulzija može formirati samo tip W/0, kada je tip O/i manji od 25,98%, a kada je udio 25,98% - 74,02%, može formirati tip 0/W ili W0.

 

Molekularna struktura i svojstva emulgatora - teorija klina

Teorija klina temelji se na prostornoj strukturi emulgatora kako bi se odredila vrsta emulzije. Teorija klina sugerira da površine poprečnog presjeka hidrofilnih i hidrofobnih skupina u emulgatorima nisu jednake. Molekule emulgatora promatraju se kao klinovi, s jednim većim, a drugim manjim krajem. Manji kraj emulgatora može se umetnuti u površinu kapljice poput klina i rasporediti usmjereno na granici ulja i vode. Hidrofilni polarni kraj proteže se u vodenu fazu, dok se lipofilni ugljikovodični lanac proteže u uljnu fazu, što rezultira povećanom čvrstoćom na granici faza.

 

Utjecaj emulgatornog materijala na vrstu emulzije

Osim utjecaja čimbenika kao što su materijali sastava emulzije i uvjeti stvaranja emulzije, vanjski uvjeti također utječu na vrstu emulzije. Na primjer, hidrofilna i lipofilna priroda emulzijske stijenke je jaka, a O/W emulzija se lako formira kada je hidrofilna priroda emulzijske stijenke jaka, dok se W/0 emulzija lako formira kada je lipofilna priroda emulzijske stijenke jaka. Razlog je taj što tekućina treba održavati sloj kontinuirane faze na stijenci, tako da se ne može lako dispergirati u tekuće kuglice prilikom miješanja. Staklo je hidrofilno, dok je plastika hidrofobna, pa je prvo sklono stvaranju O/W emulzija, dok je drugo sklono stvaranju W/0 emulzija.

 

Teorija brzine agregacije dviju faza

Teorija brzine koalescencije polazi od utjecaja brzine koalescencije dviju vrsta kapljica koje čine emulziju na emulziju, te smatra da brzina koalescencije dviju vrsta kapljica ovisi o brzini koalescencije dviju vrsta kapljica kada emulzija, morski pas i ubijanje zajedno pokrivaju potražnju.

 

Temperatura

Povećanje temperature smanjit će stupanj hidratacije hidrofilnih skupina, čime se smanjuje hidrofilnost molekula. Stoga se emulzija 0/w nastala na niskim temperaturama može transformirati u emulziju W/0 zagrijavanjem. Ova temperatura prijelaza je temperatura na kojoj hidrofilna i lipofilna svojstva surfaktanta dosežu odgovarajuću ravnotežu, poznata kao temperatura faznog prijelaza PIT.

Međutim, kada je koncentracija emulgatora dovoljno velika da prevlada utjecaj svojstva vlaženja emulgatora, vrsta nastale emulzije ovisi samo o prirodi samog emulgatora i nema nikakve veze s hidrofilnošću i lipofilnošću stijenke krvne žile.