Obecně je jednou fází emulze voda nebo vodný roztok, který se nazývá vodná fáze; druhou fází je organická fáze, která je nemísitelná s vodou, známá jako olejová fáze.

1. Klasifikace

Tři metody klasifikace:

1. Klasifikace podle zdroje: přírodní produkty a syntetické produkty;

2. Klasifikace podle molekulové hmotnosti: emulgátory s nízkou molekulovou hmotností (c10-c20) a emulgátory s vysokou molekulovou hmotností (c tisíce);

3. Podle toho, zda může ionizovat ve vodném roztoku, jej lze rozdělit na iontový typ (anionty, kationty a anionty a kationty) a neiontový typ.

Toto je nejčastěji používaná metoda klasifikace.

 

2. Funkce a princip emulgátorů

Hlavní funkcí emulgátorů je snižovat povrchové napětí dvou emulgovaných kapalin. Proto, když se jako emulgátory používají povrchově aktivní látky, jeden konec jejich hydrofobní skupiny se adsorbuje na povrch nerozpustných kapalných částic (například oleje), zatímco hydrofilní skupina se rozprostírá směrem k vodě. Povrchově aktivní látky jsou směrově uspořádány na povrchu kapalných částic a tvoří hydrofilní adsorpční film (mezifázový film), aby se snížila vzájemná přitažlivost mezi kapkami, snížilo povrchové napětí mezi dvěma fázemi a podpořila se vzájemná disperze za vzniku emulzí.

Koncentrace povrchově aktivní látky má přímý vliv na pevnost mezifázové masky. Při vysoké koncentraci se na rozhraní adsorbuje mnoho molekul povrchově aktivní látky, které vytvářejí hustou a pevnou mezifázovou masku.

Různé emulgátory mají různé emulgační účinky a množství potřebné k dosažení optimálního emulgačního účinku se také liší. Obecně řečeno, čím větší je molekulární síla emulgátoru, který tvoří okrajovou pleťovou masku, tím vyšší je pevnost filmu a tím stabilnější je pleťové mléko; naopak, čím menší je síla, tím nižší je pevnost filmu a tím nestabilnější je emulze.

Pokud jsou v pleťové masce přítomny polární organické molekuly, jako jsou mastné alkoholy, mastné kyseliny a mastné aminy, pevnost membrány se výrazně zlepší. Je to proto, že molekuly emulgátoru interagují s polárními molekulami, jako jsou alkoholy, kyseliny a aminy, v adsorpční vrstvě rozhraní a vytvářejí komplex, což zvyšuje pevnost pleťové masky.

Emulgátor složený z více než dvou povrchově aktivních látek je směsný emulgátor. Díky silné interakci mezi molekulami se výrazně snižuje povrchové napětí, výrazně se zvyšuje množství emulgátoru adsorbovaného na rozhraní a zvyšuje se hustota a pevnost vytvořené mezifázové obličejové masky.

Během tvorby emulze se díky účasti povrchově aktivních látek výrazně snižuje mezifázové napětí mezi olejem a vodou a emulze se tak stává stabilní. V emulzi však stále existuje mezifázové napětí olej-voda, které nemůže dosáhnout nuly kvůli omezením CMC nebo rozpustnosti. Proto je emulze termodynamicky nestabilní systém.

Povrchové napětí mezi olejem a vodou v mikroemulzi je tak nízké, že ho nelze měřit. Jedná se o termodynamicky stabilní systém. Toho se dosahuje hlavně přidáním druhého typu povrchově aktivní látky se zcela odlišnými vlastnostmi (jako jsou středně velké alkoholy, jako je pentanol, hexanol a heptanol, známé jako ko-povrchově aktivní látky), které mohou dále snížit povrchové napětí na velmi malou úroveň, a to až do okamžitých záporných hodnot. To lze vysvětlit Gibbsovou adsorpční rovnicí pro vícesložkové systémy.

 

3. Typ emulze

Typ

Běžná emulze, jednou fází je voda nebo vodný roztok a druhou je organická hmota nerozpustná ve vodě, jako je tuk, vosk atd. Emulze tvořené vodou a olejem lze rozdělit do tří typů:

(a) Typ oleje ve vodě (O'W)
(e) Směs mléka (voda/olej/voda)
(b) Typ oleje ve vodě (W/O)

(1) Emulze olej/voda (0/W), olej dispergovaný ve vodě. Olej je dispergovaná fáze (vnitřní fáze) a voda je kontinuální fáze (vnější fáze) emulze olej ve vodě, kterou lze ředit vodou. Například mléko, sójové mléko atd.

(2) Emulze voda/olej (W/0), voda dispergovaná v oleji. Voda je dispergovaná fáze (vnitřní fáze) a olej je spojitá fáze (vnější fáze) emulze voda v oleji. Tento druh emulze lze ředit olejem. Například umělé máslo, ropa atd.

(3) Emulze ve tvaru prstence, které vznikají střídavou disperzí vodní a olejové fáze vrstvu po vrstvě, se vyskytují převážně ve dvou formách: olej ve vodě a olej v oleji 0/W/0 (tj. vodná fáze s dispergovanými kapičkami oleje suspendovanými v olejové fázi) a voda v oleji a voda ve vodě W/0/W (tj. olejová fáze s dispergovanými kapičkami vody suspendovanými ve vodní fázi). Tento typ emulze je vzácný a obvykle se vyskytuje v surové ropě.

 

Metoda kontroly typu emulze

(1) Metoda ředění

Emulzi zřeďte stejnou kapalinou jako spojitou fázi. Ve vodě rozpustná emulze je typu olej/voda a v oleji rozpustná emulze je typu voda/olej.
Například mléko lze ředit vodou, ale nelze ho mísit s rostlinným olejem. Je zřejmé, že mléko je emulze typu olej/voda.

(2) Konduktivní metoda

Vodivost vody a oleje se značně liší a vodivost emulze olej/voda je stokrát větší než vodivost emulze voda/olej. Proto se do emulze vloží dvě elektrody, do smyčky se zapojí neon do série a rozsvítí se kontrolka olej/voda.

(3) Metoda barvení

Do zkumavky přidejte 2–3 kapky barviv na bázi oleje nebo vody a posuďte typ emulze podle toho, který typ barviva dokáže rovnoměrně zbarvit spojitou fázi.

(4) Metoda smáčení filtračního papíru

Kápněte pleťovou vodu na filtrační papír. Pokud se tekutina může rychle rozpínat a uprostřed zůstane malá kapka, jedná se o pleťovou vodu typu olej ve vodě; pokud se kapky pleťové vody nerozpínají, jedná se o pleťovou vodu typu olej ve vodě.

(5) Metoda optické refrakce

Rozdílný index lomu světla vody a oleje se používá k identifikaci typu emulze. Pokud je emulze olej ve vodě, částice hrají roli sběrače světla a mikroskopem je viditelný pouze levý obrys částic; pokud je emulze voda v oleji, částice hrají roli astigmatismu a mikroskopem je viditelný pouze pravý obrys částic;

Hlavní faktory ovlivňující typ emulze

(1) Objem fáze:

Teorii fázového objemu navrhl Ostwald z geometrického hlediska. Vychází z předpokladu, že tekuté kuličky lotionu mají stejnou velikost a jsou tuhé koule, pak podíl fázového objemu tekutých kuliček může při jejich nejhustším uspořádání představovat pouze 74,02 % celkového objemu. Pokud je integrační číslo fázového objemu tekutých kuliček větší než 74,02 %, lotion se deformuje nebo poškodí.

(a) Jednotná emulze tkaného materiálu s bohatými kapkami
(b) Nerovnoměrná emulze s hustým vrstvením kapek
(c) Nesférické kapky kapaliny vyžadují stohování a emulzi (nestabilní)

Vezměte si jako příklad emulzi typu O/W. Pokud je fázové integrační číslo oleje větší než 74,02 %, může emulze tvořit pouze typ W/0, pokud je typ O/i menší než 25,98 % a pokud je podíl 25,98 % až 74,02 %, může tvořit buď typ 0/W, nebo W0.

 

Molekulární struktura a vlastnosti emulgátorů - klínová teorie

Teorie klínu je založena na prostorové struktuře emulgátorů pro určení typu emulze. Teorie klínu naznačuje, že plochy průřezů hydrofilních a hydrofobních skupin v emulgátorech nejsou stejné. Molekuly emulgátorů jsou vnímány jako klíny, přičemž jeden konec je větší a druhý menší. Menší konec emulgátoru může být vložen do povrchu kapky jako klín a uspořádán směrově na rozhraní olej-voda. Hydrofilní polární konec zasahuje do vodné fáze, zatímco lipofilní uhlovodíkový řetězec zasahuje do olejové fáze, což vede ke zvýšení mezifázové pevnosti.

 

Vliv emulgačního materiálu na typ emulze

Kromě vlivu faktorů, jako jsou materiály emulzního složení a podmínky tvorby emulze, mají na typ emulze vliv i vnější podmínky. Například hydrofilní a lipofilní povaha emulzní stěny je silná a emulze typu O/W se snadno tvoří, když je hydrofilní povaha emulzní stěny silná, zatímco emulze W/0 se snadno tvoří, když je lipofilní povaha emulzní stěny silná. Důvodem je, že kapalina musí na stěně udržovat vrstvu spojité fáze, takže se při míchání snadno nerozptyluje do kapalných kuliček. Sklo je hydrofilní, zatímco plast je hydrofobní, takže první je náchylnější k tvorbě emulzí typu O/W, zatímco druhý je náchylnější k tvorbě emulzí typu W/0.

 

Teorie rychlosti agregace dvou fází

Teorie rychlosti koalescence vychází z vlivu rychlosti koalescence dvou druhů kapiček, které tvoří emulzi, na emulzi a usuzuje, že rychlost koalescence dvou druhů kapiček závisí na rychlosti koalescence dvou typů kapiček, když emulze, žralok a kill společně pokrývají poptávku.

 

Teplota

Zvýšení teploty sníží stupeň hydratace hydrofilních skupin, a tím sníží hydrofilnost molekul. Emulze 0/w vytvořená při nízkých teplotách se proto může po zahřátí přeměnit na emulzi W/0. Tato teplota přechodu je teplota, při které hydrofilní a lipofilní vlastnosti povrchově aktivní látky dosáhnou vhodné rovnováhy, známá jako teplota fázového přechodu PIT.

Pokud je však koncentrace emulgátoru dostatečně velká, aby překonala vliv smáčecí vlastnosti emulgačního materiálu, typ vytvořené emulze závisí pouze na povaze samotného emulgátoru a nemá nic společného s hydrofilností a lipofilitou cévní stěny.