Зазвичай, одна фаза емульсії - це вода або водний розчин, який називається водною фазою; інша фаза - це органічна фаза, яка не змішується з водою, відома як олійна фаза.

1. Класифікація

Три методи класифікації:

1. Класифікація за джерелом: натуральні продукти та синтетичні продукти;

2. Класифікація за молекулярною масою: емульгатори з низькою молекулярною масою (c10-c20) та емульгатори з високою молекулярною масою (c тисяч);

3. Залежно від того, чи може він іонізуватися у водному розчині, його можна розділити на іонний тип (аніони, катіони, аніони та катіони) та неіонний тип.

Це найпоширеніший метод класифікації.

 

2. Функція та принцип дії емульгаторів

Основна функція емульгаторів полягає у зменшенні поверхневого натягу двох рідин, що емульгуються. Тому, коли поверхнево-активні речовини використовуються як емульгатори, один кінець їхньої гідрофобної групи адсорбується на поверхні нерозчинних рідких частинок (таких як олія), тоді як гідрофільна група простягається до води. Поверхнево-активні речовини спрямовано розташовуються на поверхні рідких частинок, утворюючи гідрофільну адсорбційну плівку (міжфазну плівку), щоб зменшити взаємне притягання між краплями, зменшити поверхневий натяг між двома фазами та сприяти взаємному диспергуванню з утворенням емульсій.

Концентрація поверхнево-активної речовини безпосередньо впливає на міцність міжфазної маски для обличчя. При високій концентрації багато молекул поверхнево-активної речовини адсорбуються на межі розділу, утворюючи щільну та міцну міжфазну маску для обличчя.

Різні емульгатори мають різний емульгувальний ефект, і кількість, необхідна для досягнення оптимального емульгувального ефекту, також варіюється. Загалом, чим більша молекулярна сила емульгатора, який утворює граничну маску для обличчя, тим вища міцність плівки і тим стабільніший лосьйон; навпаки, чим менша сила, тим нижча міцність плівки і тим нестабільніша емульсія.

Коли в масці для обличчя присутні полярні органічні молекули, такі як жирний спирт, жирна кислота та жирний амін, міцність мембрани значно покращується. Це пояснюється тим, що молекули емульгатора взаємодіють з полярними молекулами, такими як спирт, кислота та амін, в інтерфейсному адсорбційному шарі, утворюючи комплекс, що підвищує міцність інтерфейсної маски для обличчя.

Емульгатор, що складається з більш ніж двох поверхнево-активних речовин, є змішаним емульгатором. Завдяки сильній взаємодії між молекулами, міжфазний натяг значно знижується, кількість емульгатора, адсорбованого на поверхні розділу, значно збільшується, а також збільшується щільність і міцність утвореної міжфазної маски для обличчя.

Під час утворення емульсії міжфазний натяг між олією та водою значно знижується завдяки участі поверхнево-активних речовин, і вона стає стабільною емульсією. Однак в емульсії все ще існує міжфазний натяг олія-вода, який не може досягти нуля через обмеження, пов'язані з карбокарбоксилатною метаболітною кислотою (КМЦ) або розчинністю. Тому лосьйон є термодинамічно нестабільною системою.

Міжфазний натяг між олією та водою в мікроемульсії настільки низький, що його неможливо виміряти. Це термодинамічно стабільна система. Це досягається головним чином шляхом додавання другого типу поверхнево-активних речовин із зовсім іншими властивостями (таких як спирти середнього розміру, такі як пентанол, гексанол та гептанол, відомі як ко-поверхнево-активні речовини), що може ще більше знизити міжфазний натяг до дуже малого рівня, навіть призводячи до миттєвих негативних значень. Це можна пояснити рівнянням адсорбції Гіббса для багатокомпонентних систем.

 

3. Тип емульсії

Тип

Звичайна емульсія, одна фаза якої - вода або водний розчин, а інша - органічна речовина, нерозчинна у воді, така як жир, віск тощо. Емульсії, утворені водою та олією, можна розділити на три типи:

(a) Тип нафти у воді (O'W)
(e) Суміш молока (в/м/в)
(b) Тип олії у воді (В/М)

(1) Емульсія олія/вода (0/W), олія, диспергована у воді. Олія є дисперсною фазою (внутрішня фаза), а вода є безперервною фазою (зовнішня фаза) емульсії олія у воді, яку можна розбавити водою. Наприклад, молоко, соєве молоко тощо.

(2) Водно-олійна (W/0) емульсія, вода, диспергована в олії. Вода є дисперсною фазою (внутрішньою фазою), а олія є безперервною фазою (зовнішньою фазою) емульсії вода-в-олії. Такий вид емульсії можна розбавляти олією. Наприклад, штучне масло, сира нафта тощо.

(3) Кільцеподібні емульсії, що утворюються шляхом чергування дисперсії водної та олійної фаз шар за шаром, переважно бувають двох форм: олія у воді та олія в олії 0/W/0 (тобто водна фаза з диспергованими краплями олії, зваженими в олійній фазі), та вода в олії та вода у воді W/0/W (тобто олійна фаза з диспергованими краплями води, зваженими у водній фазі). Цей тип емульсії зустрічається рідко і зазвичай існує в сирій нафті.

 

Метод перевірки типу емульсії

(1) Метод розведення

Розведіть емульсію тією ж рідиною, що й безперервну фазу. Водорозчинна емульсія є олієводного типу, а олієрозчинна емульсія є водоолієводного типу.
Наприклад, молоко можна розбавляти водою, але не змішувати з рослинною олією. Видно, що молоко — це емульсія типу «масляно-вода».

(2) Кондуктивний метод

Провідність води та олії значно відрізняється, а провідність емульсії олія/вода в сотні разів більша, ніж у води/олії. Тому в емульсію вставляються два електроди, а неонова лампочка з'єднується послідовно в петлі, і лампочка олія/вода горить.

(3) Метод фарбування

Додайте 2-3 краплі барвників на масляній або водній основі в пробірку та оцініть тип емульсії за тим, який тип барвника може зробити безперервну фазу рівномірно забарвленою.

(4) Метод змочування фільтрувального паперу

Капніть лосьйон на фільтрувальний папір. Якщо рідина може швидко розширюватися і в центрі залишається маленька крапля, лосьйон має тип «олія у воді»; якщо краплі лосьйону не розширюються, то це тип «олія у воді».

(5) Метод оптичної рефракції

Різний показник заломлення світла води та олії використовується для ідентифікації типу емульсії. Якщо емульсія являє собою олію у воді, частинки відіграють роль збирача світла, і за допомогою мікроскопа можна побачити лише лівий контур частинок; якщо емульсія являє собою воду в олії, частинки відіграють роль астигматизму, і за допомогою мікроскопа можна побачити лише правий контур частинок;

Основні фактори, що впливають на тип емульсії

(1)Фазовий об'єм:

Теорію фазового об'єму запропонував Оствальд з геометричної точки зору. Вона полягає в тому, що якщо припустити, що рідкі кульки лосьйону мають однаковий розмір і є жорсткими сферами, то об'ємна частка фазових кульок може становити лише 74,02% від загального об'єму, коли вони найщільніше упаковані. Якщо інтегральне число фазового об'єму рідких кульок перевищує 74,02%, лосьйон буде деформований або пошкоджений.

(a) Однорідна ворсиста ткана емульсія, багата на краплі
(b) Нерівномірна щільна емульсія укладання крапель
(c) Несферичні краплі рідини потребують укладання та емульсії (нестабільні)

Візьмемо, наприклад, емульсію типу O/W. Якщо фазове інтегральне число олії перевищує 74,02%, емульсія може утворювати лише тип W/0, коли тип O/i менше 25,98%, а коли частка становить 25,98% - 74,02%, вона може утворювати тип 0/W або W0.

 

Молекулярна структура та властивості емульгаторів - теорія клина

Теорія клина базується на просторовій структурі емульгаторів для визначення типу емульсії. Теорія клина припускає, що площі поперечного перерізу гідрофільних та гідрофобних груп в емульгаторах не рівні. Молекули емульгаторів розглядаються як клини, один кінець яких більший, а інший менший. Менший кінець емульгатора може бути вставлений у поверхню краплі, як клин, та розташований спрямовано на межі розділу олія-вода. Гідрофільний полярний кінець поширюється у водну фазу, тоді як ліпофільний вуглеводневий ланцюг поширюється в олійну фазу, що призводить до збільшення міжфазної міцності.

 

Вплив емульгаторного матеріалу на тип емульсії

Окрім впливу таких факторів, як матеріали емульсійного складу та умови утворення емульсії, зовнішні умови також впливають на тип емульсії. Наприклад, гідрофільна та ліпофільна природа емульсійної стінки є міцною, і емульсія O/W легко утворюється, коли гідрофільна природа емульсійної стінки міцна, тоді як емульсія W/0 легко утворюється, коли ліпофільна природа емульсійної стінки міцна. Причина полягає в тому, що рідина повинна підтримувати шар безперервної фази на стінці, щоб вона не могла легко диспергуватися в рідкі кульки під час перемішування. Скло гідрофільне, тоді як пластик гідрофобний, тому перше схильне до утворення емульсій O/W, а друге – до утворення емульсій W/0.

 

Теорія швидкості агрегації двох фаз

Теорія швидкості коалесценції виходить з впливу швидкості коалесценції двох типів крапель, що складають емульсію, на емульсію, і вважає, що швидкість коалесценції двох типів крапель залежить від швидкості коалесценції двох типів крапель, коли емульсія, акула та убиті краплі разом покривають потребу.

 

Температура

Підвищення температури знижує ступінь гідратації гідрофільних груп, тим самим зменшуючи гідрофільність молекул. Тому емульсія 0/w, що утворюється за низьких температур, може перетворитися на емульсію W/0 при нагріванні. Ця температура переходу - це температура, за якої гідрофільні та ліпофільні властивості поверхнево-активної речовини досягають відповідної рівноваги, відома як температура фазового переходу PIT.

Однак, коли концентрація емульгатора достатньо велика, щоб подолати вплив змочувальної властивості емульгаторного матеріалу, тип утвореної емульсії залежить лише від природи самого емульгатора і не має нічого спільного з гідрофільністю та ліпофільністю стінки судини.