Parasti viena emulsijas fāze ir ūdens vai ūdens šķīdums, ko sauc par ūdens fāzi; otra fāze ir organiska fāze, kas nesajaucas ar ūdeni, ko sauc par eļļas fāzi.

1. Klasifikācija

Trīs klasifikācijas metodes:

1. Klasificēts pēc avota: dabiskie produkti un sintētiskie produkti;

2. Klasificēts pēc molekulmasas: zemas molekulmasas emulgatori (c10-c20) un augstas molekulmasas emulgatori (c tūkstoši);

3. Atkarībā no tā, vai tas var jonizēties ūdens šķīdumā, to var iedalīt jonu tipa (anjoni, katjoni un anjoni un katjoni) un nejonu tipa.

Šī ir visbiežāk izmantotā klasifikācijas metode.

 

2. Emulgatoru funkcija un princips

Emulgatoru galvenā funkcija ir samazināt abu emulģējamo šķidrumu virsmas spraigumu. Tādēļ, ja virsmaktīvās vielas tiek izmantotas kā emulgatori, to hidrofobās grupas viens gals adsorbējas uz nešķīstošu šķidruma daļiņu (piemēram, eļļas) virsmas, bet hidrofilā grupa stiepjas ūdens virzienā. Virsmaktīvās vielas ir virzītas uz šķidruma daļiņu virsmas, veidojot hidrofilu adsorbcijas plēvi (starpfāžu plēvi), lai samazinātu savstarpējo pievilkšanos starp pilieniem, samazinātu virsmas spraigumu starp divām fāzēm un veicinātu savstarpēju dispersiju, veidojot emulsijas.

Virsmaktīvās vielas koncentrācijai ir tieša ietekme uz starpfāžu sejas maskas izturību. Augstas koncentrācijas gadījumā uz saskarnes ir adsorbētas daudzas virsmaktīvās vielas molekulas, veidojot blīvu un izturīgu starpfāžu sejas masku.

Dažādiem emulgatoriem ir atšķirīga emulgācijas iedarbība, un arī nepieciešamais daudzums, lai sasniegtu optimālu emulgācijas efektu, atšķiras. Vispārīgi runājot, jo lielāks ir emulgatora molekulārais spēks, kas veido sejas maskas robežu, jo lielāka ir plēves izturība un jo stabilāks ir losjons; gluži pretēji, jo mazāks spēks, jo mazāka ir plēves izturība un jo nestabilāka ir emulsija.

Ja sejas maskā ir polāras organiskas molekulas, piemēram, taukskābju spirts, taukskābes un taukskābju amīns, membrānas izturība ievērojami uzlabojas. Tas ir tāpēc, ka emulgatora molekulas mijiedarbojas ar polārām molekulām, piemēram, spirtu, skābi un amīnu saskarnes adsorbcijas slānī, veidojot kompleksu, kas palielina saskarnes sejas maskas izturību.

Emulgators, kas sastāv no vairāk nekā divām virsmaktīvajām vielām, ir jaukts emulgators. Pateicoties spēcīgajai mijiedarbībai starp molekulām, ievērojami samazinās saskarnes spraigums, ievērojami palielinās uz saskarnes adsorbētā emulgatora daudzums un palielinās izveidotās starpsienu sejas maskas blīvums un stiprums.

Emulsijas veidošanās laikā virsmas spraigums starp eļļu un ūdeni ievērojami samazinās virsmaktīvo vielu klātbūtnes dēļ, un tā kļūst par stabilu emulsiju. Tomēr emulsijā joprojām pastāv eļļas un ūdens virsmas spraigums, kas CMC vai šķīdības ierobežojumu dēļ nevar sasniegt nulli. Tāpēc losjons ir termodinamiski nestabila sistēma.

Mikroemulsijas eļļas un ūdens saskarnes spraigums ir tik zems, ka to nevar izmērīt. Tā ir termodinamiski stabila sistēma. To galvenokārt panāk, pievienojot otrā veida virsmaktīvo vielu ar pilnīgi atšķirīgām īpašībām (piemēram, vidēja izmēra spirtus, piemēram, pentanolu, heksanolu un heptanolu, kas pazīstami kā ko-virsmaktīvās vielas), kas var vēl vairāk samazināt saskarnes spraigumu līdz ļoti mazam līmenim, pat izraisot momentānas negatīvas vērtības. To var izskaidrot ar Gibsa adsorbcijas vienādojumu daudzkomponentu sistēmām.

 

3. Emulsijas veids

Tips

Parastā emulsija, viena fāze ir ūdens vai ūdens šķīdums, bet otra ir organiskas vielas, kas nešķīst ūdenī, piemēram, tauki, vasks utt. Ūdens un eļļas veidotās emulsijas var iedalīt trīs veidos:

(a) Eļļa ūdenī (O'W)
(e) Piena maisījums (ūdens/ūdens/ūdens)
(b) Eļļa ūdenī (W/O)

(1) Eļļas/ūdens (0/W) emulsija, eļļa, kas disperģēta ūdenī. Eļļa ir dispersā fāze (iekšējā fāze), un ūdens ir nepārtrauktā fāze (ārējā fāze) eļļas-ūdens emulsija, ko var atšķaidīt ar ūdeni. Piemēram, piens, sojas piens utt.

(2) Ūdens/eļļas (W/0) emulsija, ūdens disperģēts eļļā. Ūdens ir ūdens-eļļas emulsijas disperģētā fāze (iekšējā fāze), bet eļļa ir nepārtrauktā fāze (ārējā fāze). Šāda veida emulsiju var atšķaidīt ar eļļu. Piemēram, mākslīgais sviests, jēlnafta utt.

(3) Gredzenveida emulsijas, kas veidojas, pārmaiņus disperģējot ūdens un eļļas fāzes slāni pa slānim, galvenokārt ir divās formās: eļļa ūdenī un eļļa eļļā 0/W/0 (t. i., ūdens fāze ar disperģētiem eļļas pilieniem, kas suspendēti eļļas fāzē, un ūdens eļļā un ūdens ūdenī W/0/W (t. i., eļļas fāze ar disperģētiem ūdens pilieniem, kas suspendēti ūdens fāzē). Šāda veida emulsija ir reta un parasti sastopama jēlnaftā.

 

Emulsijas veida pārbaudes metode

(1) Atšķaidīšanas metode

Emulsiju atšķaida ar to pašu šķidrumu kā nepārtraukto fāzi. Ūdenī šķīstošā emulsija ir eļļas/ūdens tipa, bet eļļā šķīstošā emulsija ir ūdens/eļļas tipa.
Piemēram, pienu var atšķaidīt ar ūdeni, bet tas nevar sajaukties ar augu eļļu. Var redzēt, ka piens ir eļļa/ūdens emulsija.

(2) Vadītspējas metode

Ūdens un eļļas vadītspēja ievērojami atšķiras, un eļļas/ūdens emulsijas vadītspēja ir simtiem reižu lielāka nekā ūdens/eļļas emulsijai. Tāpēc emulsijā tiek ievietoti divi elektrodi, cilpā virknē tiek savienots neons, un eļļas/ūdens lampiņa iedegas.

(3) Krāsošanas metode

Pievienojiet mēģenē 2-3 pilienus eļļas vai ūdens bāzes krāsvielu un novērtējiet emulsijas veidu atkarībā no tā, kāda veida krāsviela var padarīt nepārtraukto fāzi vienmērīgi iekrāsotu.

(4) Filtrpapīra mitrināšanas metode

Piliniet losjonu uz filtrpapīra. Ja šķidrums var strauji izplesties un centrā paliek mazs piliens, losjons ir eļļa ūdenī; ja losjona pilieni neizplesas, losjons ir eļļas ūdenī tipa.

(5) Optiskās refrakcijas metode

Ūdens un eļļas atšķirīgo refrakcijas indeksu attiecībā pret gaismu izmanto, lai noteiktu emulsijas veidu. Ja emulsija ir eļļa ūdenī, daļiņas savāc gaismu, un mikroskopā var redzēt tikai daļiņu kreiso kontūru; ja emulsija ir ūdens eļļā, daļiņas veido astigmātismu, un mikroskopā var redzēt tikai daļiņu labo kontūru.

Galvenie faktori, kas ietekmē emulsijas veidu

(1) Fāzes tilpums:

Fāzes tilpuma teoriju no ģeometriskā viedokļa ierosināja Stvalds. Viedoklis ir tāds, ka, pieņemot, ka losjona šķidrās lodītes ir vienāda izmēra un stingras sfēras, šķidro lodīšu fāzes tilpuma daļa, kad tās ir visblīvāk izvietotas, var veidot tikai 74,02% no kopējā tilpuma. Ja šķidro lodīšu fāzes tilpuma integrālais skaitlis ir lielāks par 74,02%, losjons tiks deformēts vai bojāts.

(a) Vienmērīga, pilienveidīgi bagāta austa emulsija
(b) Nevienmērīga pilienu blīva sakraušanas emulsija
(c) Nesfēriskiem šķidruma pilieniem nepieciešama sakraušana un emulsija (nestabilitāte)

Kā piemēru var minēt O/W tipa emulsiju. Ja eļļas fāzes integrālais skaitlis ir lielāks par 74,02%, emulsija var veidoties tikai W/0 tipa emulsija, ja O/i tipa emulsija ir mazāka par 25,98% un ja frakcija ir 25,98–74,02%, tā var veidoties vai nu 0/W, vai W0 tipa emulsija.

 

Emulgatoru molekulārā struktūra un īpašības - ķīļveida teorija

Ķīļu teorija balstās uz emulgatoru telpisko struktūru, lai noteiktu emulsijas veidu. Ķīļu teorija norāda, ka hidrofilo un hidrofobo grupu šķērsgriezuma laukumi emulgatoros nav vienādi. Emulgatoru molekulas tiek uzskatītas par ķīļiem, ar vienu galu lielāku un otru mazāku. Emulgatora mazāko galu var ievietot piliena virsmā kā ķīli un izvietot virzienā uz eļļas un ūdens saskarni. Hidrofilais polārais gals stiepjas ūdens fāzē, savukārt lipofilā ogļūdeņraža ķēde stiepjas eļļas fāzē, kā rezultātā palielinās saskarnes izturība.

 

Emulgatora materiāla ietekme uz emulsijas veidu

Papildus tādiem faktoriem kā emulsijas sastāva materiāli un emulsijas veidošanās apstākļi, emulsijas veidu ietekmē arī ārējie apstākļi. Piemēram, emulsijas sieniņas hidrofilā un lipofilā daba ir spēcīga, un eļļas/ūdens emulsija veidojas viegli, ja emulsijas sieniņas hidrofilā daba ir spēcīga, savukārt ūdens/ūdens emulsija veidojas viegli, ja emulsijas sieniņas lipofilā daba ir spēcīga. Iemesls ir tāds, ka šķidrumam uz sienas ir jāuztur nepārtrauktas fāzes slānis, lai maisot to nebūtu viegli izkliedēt šķidrās lodītēs. Stikls ir hidrofils, bet plastmasa ir hidrofoba, tāpēc pirmais ir pakļauts eļļas/ūdens emulsiju veidošanai, bet otrais - ūdens/ūdens emulsiju veidošanai.

 

Divu fāžu agregācijas ātruma teorija

Koalescences ātruma teorija sākas ar divu veidu pilienu, kas veido emulsiju, koalescences ātruma ietekmi uz emulsiju un secina, ka divu veidu pilienu koalescences ātrums ir atkarīgs no divu veidu pilienu koalescences ātruma, kad emulsija, haizivs un nogalinātais kopā sedz pieprasījumu.

 

Temperatūra

Temperatūras paaugstināšanās samazinās hidrofilo grupu hidratācijas pakāpi, tādējādi samazinot molekulu hidrofilitāti. Tādēļ zemā temperatūrā veidotā 0/w emulsija, uzkarsējot, var pārveidoties par W/0 emulsiju. Šī pārejas temperatūra ir temperatūra, kurā virsmaktīvās vielas hidrofilās un lipofilās īpašības sasniedz atbilstošu līdzsvaru, kas pazīstams kā fāzes pārejas temperatūra PIT.

Tomēr, ja emulgatora koncentrācija ir pietiekami liela, lai pārvarētu emulgatora materiāla mitrināšanas īpašības ietekmi, izveidotās emulsijas veids ir atkarīgs tikai no paša emulgatora veida un tam nav nekāda sakara ar trauka sienas hidrofilitāti un lipofilitāti.