Paprastai viena emulsijos fazė yra vanduo arba vandeninis tirpalas, vadinamas vandenine faze; kita fazė yra organinė fazė, kuri nesimaišo su vandeniu, vadinama aliejaus faze.

1. Klasifikacija

Trys klasifikavimo metodai:

1. Klasifikuojama pagal šaltinį: natūralūs produktai ir sintetiniai produktai;

2. Klasifikuojama pagal molekulinę masę: mažos molekulinės masės emulsikliai (c10-c20) ir didelės molekulinės masės emulsikliai (c tūkstančiai);

3. Pagal tai, ar jis gali jonizuotis vandeniniame tirpale, jį galima suskirstyti į joninį tipą (anijonai, katijonai ir anijonai bei katijonai) ir nejoninį tipą.

Tai dažniausiai naudojamas klasifikavimo metodas.

 

2. Emulsiklių funkcija ir veikimo principas

Pagrindinė emulsiklių funkcija yra sumažinti dviejų emulsinamų skysčių paviršiaus įtempimą. Todėl, kai paviršinio aktyvumo medžiagos naudojamos kaip emulsikliai, vienas jų hidrofobinės grupės galas adsorbuojasi ant netirpių skystų dalelių (pvz., aliejaus) paviršiaus, o hidrofilinė grupė tęsiasi link vandens. Paviršinio aktyvumo medžiagos yra išdėstytos skystų dalelių paviršiuje tam tikra kryptimi, sudarydamos hidrofilinę adsorbcijos plėvelę (tarpfazinę plėvelę), kad sumažėtų abipusė trauka tarp lašelių, sumažėtų paviršiaus įtempimas tarp dviejų fazių ir būtų skatinama abipusė dispersija, susidarant emulsijoms.

Paviršinio aktyvumo medžiagų koncentracija tiesiogiai veikia tarpfazinės veido kaukės stiprumą. Esant didelei koncentracijai, ant tarpfazinės paviršiaus adsorbuojasi daug paviršinio aktyvumo medžiagų molekulių, sudarydamos tankią ir tvirtą tarpfazinę veido kaukę.

Skirtingi emulsikliai turi skirtingą emulsifikacinį poveikį, todėl skiriasi ir jų kiekis, reikalingas optimaliam emulsifikaciniam efektui pasiekti. Apskritai, kuo didesnė emulsiklio, sudarančio veido kaukės ribą, molekulinė jėga, tuo didesnis plėvelės stiprumas ir tuo stabilesnis losjonas; priešingai, kuo mažesnė jėga, tuo mažesnis plėvelės stiprumas ir tuo nestabilesnė emulsija.

Kai veido kaukėje yra polinių organinių molekulių, tokių kaip riebalų alkoholis, riebalų rūgštis ir riebalų aminas, membranos stiprumas žymiai padidėja. Taip yra todėl, kad emulsiklio molekulės sąveikauja su polinėmis molekulėmis, tokiomis kaip alkoholis, rūgštis ir aminas, sąsajos adsorbcijos sluoksnyje ir sudaro kompleksą, kuris padidina sąsajos veido kaukės stiprumą.

Emulsiklis, sudarytas iš daugiau nei dviejų paviršinio aktyvumo medžiagų, yra mišrus emulsiklis. Dėl stiprios molekulių sąveikos žymiai sumažėja tarpfazinė įtampa, žymiai padidėja ant sąsajos adsorbuoto emulsiklio kiekis, padidėja susidariusios tarpfazinės veido kaukės tankis ir stiprumas.

Emulsijos susidarymo metu dėl paviršinio aktyvumo medžiagų dalyvavimo labai sumažėja aliejaus ir vandens tarpfazinis įtempimas, todėl emulsija tampa stabili. Tačiau emulsijoje vis dar išlieka aliejaus ir vandens tarpfazinis įtempimas, kuris negali pasiekti nulio dėl CMC ar tirpumo apribojimų. Todėl losjonas yra termodinamiškai nestabili sistema.

Mikroemulsijos aliejaus ir vandens sąsajos įtempis yra toks mažas, kad jo neįmanoma išmatuoti. Tai termodinamiškai stabili sistema. Tai daugiausia pasiekiama pridedant antro tipo paviršinio aktyvumo medžiagos, turinčios visiškai skirtingas savybes (pvz., vidutinio dydžio alkoholius, tokius kaip pentanolis, heksanolis ir heptanolis, žinomus kaip ko-paviršinio aktyvumo medžiagos), kurios gali dar labiau sumažinti sąsajos įtempį iki labai mažo lygio, netgi momentines neigiamas vertes. Tai galima paaiškinti Gibso adsorbcijos lygtimi daugiakomponenčioms sistemoms.

 

3. Emulsijos tipas

Tipas

Įprasta emulsija, viena fazė yra vanduo arba vandeninis tirpalas, o kita – vandenyje netirpstančios organinės medžiagos, pvz., riebalai, vaškas ir kt. Vandens ir aliejaus sudarytą emulsiją galima suskirstyti į tris tipus:

a) Aliejaus vandenyje tipas (O'W)
(e) Sudėtinis pienas (vanduo, aliejus, vanduo)
(b) Aliejaus vandenyje (W/O) tipas

(1) Aliejaus/vandens (0/W) emulsija – vandenyje disperguota alyva. Aliejus yra dispersinė fazė (vidinė fazė), o vanduo – ištisinė fazė (išorinė fazė) – aliejaus vandenyje emulsija, kurią galima skiesti vandeniu. Pavyzdžiui, pienas, sojų pienas ir kt.

(2) Vandens/aliejaus (W/0) emulsija – vanduo, disperguotas aliejuje. Vanduo yra dispersinė fazė (vidinė fazė), o aliejus – ištisinė fazė (išorinė fazė) vandens aliejuje emulsijoje. Šio tipo emulsiją galima skiesti aliejumi. Pavyzdžiui, dirbtinis sviestas, neapdorota nafta ir kt.

(3) Žiedo formos emulsijos, susidarančios sluoksniui po sluoksnio pakaitomis disperguojant vandens ir aliejaus fazes, dažniausiai būna dviejų formų: aliejus vandenyje ir aliejus aliejuje 0/W/0 (t. y. vandens fazė su disperguotais aliejaus lašeliais, suspenduotais aliejaus fazėje, ir vanduo aliejuje bei vanduo vandenyje W/0/W (t. y. aliejaus fazė su disperguotais vandens lašeliais, suspenduotais vandens fazėje). Šio tipo emulsijos yra retos ir paprastai aptinkamos žalioje naftoje.

 

Emulsijos tipo tikrinimo metodas

(1) Skiedimo metodas

Emulsiją skiesti tuo pačiu skysčiu kaip ir ištisinę fazę. Vandenyje tirpi emulsija yra aliejaus/vandens tipo, o aliejuje tirpi emulsija yra vandens/aliejaus tipo.
Pavyzdžiui, pieną galima skiesti vandeniu, bet jis negali būti maišomas su augaliniu aliejumi. Matyti, kad pienas yra aliejaus/vandens emulsija.

(2) Laidinis metodas

Vandens ir aliejaus laidumas labai skiriasi, o aliejaus/vandens emulsijos laidumas yra šimtus kartų didesnis nei vandens/aliejaus. Todėl į emulsiją įstatomi du elektrodai, o neonas kilpoje sujungiamas nuosekliai, ir dega alyvos/vandens lemputė.

(3) Dažymo metodas

Į mėgintuvėlį įlašinkite 2–3 lašus aliejinių arba vandeninių dažų ir pagal tai, kokio tipo dažai gali tolygiai nuspalvinti ištisinę fazę, įvertinkite emulsijos tipą.

(4) Filtrinio popieriaus drėkinimo metodas

Užlašinkite losjono ant filtro popieriaus. Jei skystis gali greitai išsiplėsti ir centre lieka mažas lašelis, losjonas yra aliejaus vandenyje mišinys; jei losjono lašai nesiplečia, losjonas yra aliejaus vandenyje tipo.

(5) Optinės refrakcijos metodas

Skirtingas vandens ir aliejaus lūžio rodiklis šviesos atžvilgiu naudojamas emulsijos tipui nustatyti. Jei emulsija yra aliejus vandenyje, dalelės atlieka šviesą surenkantį vaidmenį ir mikroskopu galima matyti tik kairįjį dalelių kontūrą; jei emulsija yra vanduo aliejuje, dalelės atlieka astigmatizmo vaidmenį ir mikroskopu galima matyti tik dešinįjį dalelių kontūrą;

Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką emulsijos tipui

(1) Fazės tūris:

Fazės tūrio teoriją geometriniu požiūriu pasiūlė Stwaldas. Požiūris yra toks, kad darant prielaidą, jog losjono skystos granulės yra vienodo dydžio ir standžios sferos, skystos granulės fazės tūrio dalis, kai jos yra tankiausiai supakuotos, gali sudaryti tik 74,02 % viso tūrio. Jei skystos granulės fazės tūrio integralinis skaičius yra didesnis nei 74,02 %, losjonas bus deformuotas arba pažeistas.

(a) Vienodos lašelių gausos pūkuotos austinės emulsijos
(b) Netolygus lašelių tankus kaupiamasis emulsija
(c) Nesferinius skysčio lašelius reikia sukrauti ir emulsuoti (nestabilios)

Pavyzdžiui, O/W tipo emulsija: jei aliejaus fazės integralinis skaičius yra didesnis nei 74,02 %, emulsija gali sudaryti tik W/0 tipą, kai O/i tipas yra mažesnis nei 25,98 %, o kai frakcija yra 25,98–74,02 %, ji gali sudaryti 0/W arba W0 tipą.

 

Emulsiklių molekulinė struktūra ir savybės - pleišto teorija

Pleišto teorija pagrįsta emulsiklių erdvine struktūra, siekiant nustatyti emulsijos tipą. Pleišto teorija teigia, kad hidrofilinių ir hidrofobinių grupių skerspjūvio plotai emulsikliuose nėra lygūs. Emulsiklių molekulės laikomos pleištais, kurių vienas galas didesnis, o kitas mažesnis. Mažesnis emulsiklio galas gali būti įterptas į lašelio paviršių kaip pleištas ir išdėstytas kryptingai aliejaus ir vandens sąsajoje. Hidrofilinis polinis galas tęsiasi į vandeninę fazę, o lipofilinė angliavandenilių grandinė tęsiasi į aliejaus fazę, todėl padidėja tarpsluoksninis stiprumas.

 

Emulsiklio medžiagos įtaka emulsijos tipui

Be tokių veiksnių kaip emulsijos sudėties medžiagos ir emulsijos formavimo sąlygos, emulsijos tipui įtakos turi ir išorinės sąlygos. Pavyzdžiui, emulsijos sienelės hidrofilinis ir lipofilinis pobūdis yra stiprus, o alyvos/vandens emulsija lengvai susidaro, kai emulsijos sienelės hidrofilinis pobūdis yra stiprus, o vandens/vandens emulsija lengvai susidaro, kai emulsijos sienelės lipofilinis pobūdis yra stiprus. Taip yra todėl, kad skystis turi išlaikyti ištisinės fazės sluoksnį ant sienelės, kad maišant nebūtų lengva išsisklaidyti į skystus rutuliukus. Stiklas yra hidrofilinis, o plastikas – hidrofobinis, todėl pirmasis linkęs sudaryti alyvos/vandens emulsijas, o antrasis – vandens/vandens emulsijas.

 

Dviejų fazių agregacijos greičio teorija

Koalescencijos greičio teorija prasideda nuo dviejų emulsiją sudarančių lašelių koalescencijos greičio įtakos emulsijai ir daro išvadą, kad dviejų rūšių lašelių koalescencijos greitis priklauso nuo dviejų tipų lašelių koalescencijos greičio, kai emulsija, ryklys ir žudikas kartu padengia poreikį.

 

Temperatūra

Padidėjusi temperatūra sumažins hidrofilinių grupių hidratacijos laipsnį, taip sumažindama molekulių hidrofiliškumą. Todėl žemoje temperatūroje susidariusi 0/w emulsija kaitinant gali virsti W/0 emulsija. Ši virsmo temperatūra yra temperatūra, kurioje paviršinio aktyvumo medžiagos hidrofilinės ir lipofilinės savybės pasiekia tinkamą pusiausvyrą, vadinamą fazinio virsmo temperatūra PIT.

Tačiau, kai emulsiklio koncentracija yra pakankamai didelė, kad būtų galima įveikti emulsiklio medžiagos drėkinimo savybių įtaką, susidariusios emulsijos tipas priklauso tik nuo paties emulsiklio pobūdžio ir neturi nieko bendra su indo sienelės hidrofiliškumu ir lipofilumu.