Vo všeobecnosti je jednou fázou emulzie voda alebo vodný roztok, ktorý sa nazýva vodná fáza; druhá fáza je organická fáza, ktorá je nemiešateľná s vodou, známa ako olejová fáza.

1. Klasifikácia

Tri metódy klasifikácie:

1. Klasifikácia podľa zdroja: prírodné produkty a syntetické produkty;

2. Klasifikácia podľa molekulovej hmotnosti: emulgátory s nízkou molekulovou hmotnosťou (c10-c20) a emulgátory s vysokou molekulovou hmotnosťou (c tisíc);

3. Podľa toho, či dokáže ionizovať vo vodnom roztoku, sa delí na iónový typ (anióny, katióny a anióny a katióny) a neiónový typ.

Toto je najbežnejšie používaná metóda klasifikácie.

 

2. Funkcia a princíp emulgátorov

Hlavnou funkciou emulgátorov je znižovať povrchové napätie dvoch emulgovaných kvapalín. Preto, keď sa ako emulgátory používajú povrchovo aktívne látky, jeden koniec ich hydrofóbnej skupiny sa adsorbuje na povrch nerozpustných kvapalných častíc (ako je olej), zatiaľ čo hydrofilná skupina sa rozprestiera smerom k vode. Povrchovo aktívne látky sú smerovo usporiadané na povrchu kvapalných častíc a vytvárajú hydrofilný adsorpčný film (medzifázový film), čím sa znižuje vzájomná príťažlivosť medzi kvapôčkami, znižuje povrchové napätie medzi dvoma fázami a podporuje sa vzájomná disperzia za vzniku emulzií.

Koncentrácia povrchovo aktívnej látky má priamy vplyv na pevnosť medzifázovej masky na tvár. Pri vysokej koncentrácii sa na rozhraní adsorbuje veľa molekúl povrchovo aktívnych látok, čím sa vytvorí hustá a pevná medzifázová maska ​​na tvár.

Rôzne emulgátory majú rôzne emulgačné účinky a množstvo potrebné na dosiahnutie optimálneho emulgačného účinku sa tiež líši. Vo všeobecnosti platí, že čím väčšia je molekulová sila emulgátora, ktorý tvorí okrajovú masku na tvári, tým vyššia je pevnosť filmu a tým je pleťová voda stabilnejšia. Naopak, čím menšia je sila, tým nižšia je pevnosť filmu a tým je emulzia nestabilnejšia.

Keď sú v pleťovej maske prítomné polárne organické molekuly, ako sú mastné alkoholy, mastné kyseliny a mastné amíny, pevnosť membrány sa výrazne zlepší. Je to preto, že molekuly emulgátora interagujú s polárnymi molekulami, ako sú alkoholy, kyseliny a amíny, v adsorpčnej vrstve rozhraní a vytvárajú komplex, čo zvyšuje pevnosť pleťovej masky.

Emulgátor zložený z viac ako dvoch povrchovo aktívnych látok je zmiešaný emulgátor. Vďaka silnej interakcii medzi molekulami sa výrazne znižuje povrchové napätie, výrazne sa zvyšuje množstvo emulgátora adsorbovaného na rozhraní a zvyšuje sa hustota a pevnosť vytvorenej medzifázovej masky na tvári.

Počas tvorby emulzie sa vďaka účasti povrchovo aktívnych látok výrazne znižuje medzifázové napätie medzi olejom a vodou a emulzia sa stáva stabilnou. V emulzii však stále existuje medzifázové napätie olej-voda, ktoré nemôže dosiahnuť nulu kvôli obmedzeniam CMC alebo rozpustnosti. Preto je emulzia termodynamicky nestabilný systém.

Povrchové napätie medzi olejom a vodou v mikroemulzii je také nízke, že ho nemožno merať. Ide o termodynamicky stabilný systém. To sa dosahuje najmä pridaním druhého typu povrchovo aktívnej látky s úplne odlišnými vlastnosťami (ako sú napríklad stredne veľké alkoholy, ako je pentanol, hexanol a heptanol, známe ako ko-povrchovo aktívne látky), ktoré môžu ďalej znížiť povrchové napätie na veľmi malú úroveň, čo môže viesť aj k okamžitým záporným hodnotám. To možno vysvetliť Gibbsovou adsorpčnou rovnicou pre viaczložkové systémy.

 

3. Typ emulzie

Typ

Bežná emulzia, jednou fázou je voda alebo vodný roztok a druhou je organická hmota nerozpustná vo vode, ako napríklad tuk, vosk atď. Emulzie tvorené vodou a olejom možno rozdeliť na tri typy:

(a) Typ oleja vo vode (O'W)
(e) Zmes mlieka (voda/olej/voda)
(b) Typ oleja vo vode (W/O)

(1) Emulzia olej/voda (0/W), olej dispergovaný vo vode. Olej je dispergovaná fáza (vnútorná fáza) a voda je kontinuálna fáza (vonkajšia fáza) emulzia olej vo vode, ktorú možno riediť vodou. Napríklad mlieko, sójové mlieko atď.

(2) Emulzia voda/olej (W/0), voda dispergovaná v oleji. Voda je dispergovaná fáza (vnútorná fáza) a olej je spojitá fáza (vonkajšia fáza) emulzie voda v oleji. Tento druh emulzie sa môže riediť olejom. Napríklad umelé maslo, ropa atď.

(3) Emulzie v tvare krúžku, ktoré vznikajú striedavým rozptyľovaním vodnej a olejovej fázy vrstvu po vrstve, sa vyskytujú prevažne v dvoch formách: olej vo vode a olej v oleji 0/W/0 (t. j. vodná fáza s dispergovanými kvapôčkami oleja suspendovanými v olejovej fáze) a voda v oleji a voda vo vode W/0/W (t. j. olejová fáza s dispergovanými kvapôčkami vody suspendovanými vo vodnej fáze). Tento typ emulzie je zriedkavý a vo všeobecnosti sa vyskytuje v surovej rope.

 

Metóda kontroly typu emulzie

(1) Metóda riedenia

Emulziu zrieďte rovnakou kvapalinou ako spojitú fázu. Vo vode rozpustná emulzia je typu olej/voda a v oleji rozpustná emulzia je typu voda/olej.
Napríklad mlieko sa dá riediť vodou, ale nedá sa miešať s rastlinným olejom. Je zrejmé, že mlieko je emulzia typu olej/voda.

(2) Vodivá metóda

Vodivosť vody a oleja sa značne líši a vodivosť emulzie olej/voda je stokrát väčšia ako vodivosť emulzie voda/olej. Preto sa do emulzie vložia dve elektródy a v slučke sa sériovo zapojí neón, čím sa rozsvieti kontrolka olej/voda.

(3) Metóda farbenia

Do skúmavky pridajte 2 – 3 kvapky farbív na báze oleja alebo vody a podľa toho, ktorý typ farbiva dokáže rovnomerne zafarbiť súvislú fázu, posúďte typ emulzie.

(4) Metóda zmáčania filtračného papiera

Kvapnite mlieko na filtračný papier. Ak sa tekutina dokáže rýchlo rozpínať a v strede zostane malá kvapka, ide o mlieko typu olej vo vode; ak sa kvapky mlieka nerozpínajú, ide o mlieko typu olej vo vode.

(5) Metóda optickej refrakcie

Na identifikáciu typu emulzie sa používa rozdielny index lomu svetla vody a oleja. Ak je emulzia olej vo vode, častice zohrávajú úlohu zberača svetla a pod mikroskopom je možné vidieť iba ľavý obrys častíc; ak je emulzia voda v oleji, častice zohrávajú úlohu astigmatizmu a pod mikroskopom je možné vidieť iba pravý obrys častíc;

Hlavné faktory ovplyvňujúce typ emulzie

(1) Objem fázy:

Teóriu fázového objemu navrhol Ostwald z geometrického hľadiska. Vychádza z toho, že za predpokladu, že tekuté guľôčky telového mlieka majú rovnakú veľkosť a sú tuhé guľôčky, môže podiel fázového objemu kvapalných guľôčok predstavovať iba 74,02 % celkového objemu, keď sú najhustejšie usporiadané. Ak je integračné číslo fázového objemu kvapalných guľôčok väčšie ako 74,02 %, telové mlieko sa zdeformuje alebo poškodí.

(a) Rovnomerná emulzia s bohatým tkaným vlasom a kvapkami
(b) Nerovnomerná emulzia s hustým stohovaním kvapiek
(c) Nesférické kvapôčky kvapaliny vyžadujú stohovanie a emulziu (nestabilné)

Vezmime si ako príklad emulziu typu O/W. Ak je fázové integračné číslo oleja väčšie ako 74,02 %, emulzia môže tvoriť iba typ W/0, ak je typ O/i menší ako 25,98 % a ak je podiel 25,98 % – 74,02 %, môže tvoriť buď typ 0/W, alebo typ W0.

 

Molekulová štruktúra a vlastnosti emulgátorov - klinová teória

Teória klinu je založená na priestorovej štruktúre emulgátorov na určenie typu emulzie. Teória klinu naznačuje, že plochy prierezov hydrofilných a hydrofóbnych skupín v emulgátoroch nie sú rovnaké. Molekuly emulgátorov sa považujú za kliny, pričom jeden koniec je väčší a druhý menší. Menší koniec emulgátora sa môže vložiť do povrchu kvapky ako klin a usporiadať smerovo na rozhraní olej-voda. Hydrofilný polárny koniec zasahuje do vodnej fázy, zatiaľ čo lipofilný uhľovodíkový reťazec zasahuje do olejovej fázy, čo vedie k zvýšenej pevnosti na rozhraní.

 

Vplyv emulgátorového materiálu na typ emulzie

Okrem vplyvu faktorov, ako sú materiály emulzného zloženia a podmienky tvorby emulzie, majú na typ emulzie vplyv aj vonkajšie podmienky. Napríklad hydrofilná a lipofilná povaha emulznej steny je silná a emulzia O/W sa ľahko tvorí, keď je hydrofilná povaha emulznej steny silná, zatiaľ čo emulzia W/0 sa ľahko tvorí, keď je lipofilná povaha emulznej steny silná. Dôvodom je, že kvapalina si musí udržiavať vrstvu súvislej fázy na stene, aby sa pri miešaní nerozptyľovala do kvapalných guľôčok. Sklo je hydrofilné, zatiaľ čo plast je hydrofóbny, takže prvé je náchylnejšie na tvorbu emulzií O/W, zatiaľ čo druhé je náchylnejšie na tvorbu emulzií W/0.

 

Teória rýchlosti agregácie dvoch fáz

Teória rýchlosti koalescencie vychádza z vplyvu rýchlosti koalescencie dvoch druhov kvapôčok, ktoré tvoria emulziu, na emulziu a usudzuje, že rýchlosť koalescencie dvoch druhov kvapôčok závisí od rýchlosti koalescencie dvoch typov kvapôčok, keď emulzia, žralok a kill spoločne pokrývajú dopyt.

 

Teplota

Zvýšenie teploty zníži stupeň hydratácie hydrofilných skupín, čím sa zníži hydrofilnosť molekúl. Preto sa emulzia 0/w vytvorená pri nízkych teplotách môže po zahriatí zmeniť na emulziu W/0. Táto teplota prechodu je teplota, pri ktorej hydrofilné a lipofilné vlastnosti povrchovo aktívnej látky dosiahnu vhodnú rovnováhu, známa ako teplota fázového prechodu PIT.

Avšak, keď je koncentrácia emulgátora dostatočne veľká na to, aby prekonala vplyv zmáčacích vlastností emulgátorového materiálu, typ vytvorenej emulzie závisí iba od povahy samotného emulgátora a nemá nič spoločné s hydrofilnosťou a lipofilitou cievnej steny.