Агрегативная устойчивость эмульсии и природа эмульгатора

Большинство эмульсий относится к лиофобным системам. Они термодинамически неустойчивы и не могут образовываться самопроизвольным диспергированием из-за избытка свободной энергии на межфазной поверхности. Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется в самопроизвольном образовании агрегатов капелек с последующим слиянием (коалесценцией) отдельных капелек друг с другом. В пределе это может приводить к полному разрушению эмульсии и разделению ее на два слоя. На агрегативную устойчивость эмульсий сильное влияние оказывает концентрация дисперсной фазы, разбавленные эмульсии обладают относительно большей агрегативной устойчивостью.

Агрегативную устойчивость эмульсий характеризуют либо скоростью расслаивания эмульсии, либо продолжительностью существования (временем жизни) остальных капелек в контакте друг с другом или с межфазной поверхностью. Агрегативная устойчивость таких эмульсий возможна лишь в присутствии стабилизатора, препятствующего слиянию частиц. Стабилизатор в данном случае называют эмульгатором. Эмульгаторы бывают гидрофильными и гидрофобными. Наиболее распространенными гидрофильными эмульгаторами, стабилизирующими прямые эмульсии, являются натриевые (калиевые) соли жирных кислот с числом атомов углерода 10÷18.

Природа эмульгатора определяет не только устойчивость, но и тип эмульсии. Опыт показывает, что гидрофильные эмульгаторы, лучше растворимые в воде, чем в углеводородах, способствуют образованию эмульсии типа М/В, а гидрофобные эмульгаторы, лучше растворимые углеводородах, – эмульсий типа В/М (правило Банкрофта). Это вполне понятно, т.к. эмульгатор препятствует слипанию, или коалесценции капелек только тогда, когда он находится у поверхности с наружной стороны капельки, т.е. лучше растворяется в дисперсионной среде (рис .9.2).

а	б
Рис. 9.2. Расположение гидрофильного эмульгатора в прямых (а) и обратных (б) эмульсиях

Стабилизирующее действие эмульгатора заключаются не только и не столько в снижении поверхностного натяжения на межфазной границе, сколько в образовании структурно-механического барьера, обеспечивающего устойчивость эмульсии.

Эффективность эмульгаторов принято характеризовать соотношением между гидрофильной и гиброфобной частями молекул ПАВ. Короткоцепочечные ПАВ лучше втягиваются в оду (преобладает гидрофильное взаимодействие), длинноцепочечные ПАВ находятся, преимущественно, в масле. Для образования адсорбционного слоя необходимо уравновешивание гидрофильного и гидрофобного взаимодействия и установления определенного гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), когда наблюдается оптимальное соотношение действия воды и масла на молекулы ПАВ. Величина ГЛБ является эмпирической безразмерной величиной. Для стабилизации эмульсий типа В/М ГЛБ составляет 3÷6. для эмульсий типа М/В – 8÷16. Эффективность эмульгатора тем выше, чем больше сродство полярных и неполярных частей его молекул к соответствующим фазам эмульсии.

Замена эмульгатора может привести к обращению эмульсии, т.е. превратить прямую эмульсию в обратную. Например, если к прямой эмульсии, стабилизированной натриевым мылом, добавлять раствор хлорида кальция, то эмульгатор будет переходить в кальциевую форму, и эмульсия будет обращаться. Это объясняется тем, что кальциевое мыло значительно лучше растворимо в масле, чем в воде.

В заключении следует сказать несколько слов о разрушении эмульсий. К расслоению системы часто приводит механическое воздействие. Используют методы вытеснения эмульгатора, а также все способы, применяемые для коагуляции: увеличение концентрации электролита, дегидратацию, вымораживание, электрофоретическое выделение дисперсной фазы. Задача разрушения эмульсий приобретает в настоящее время особую важность в связи с проблемой очистки сточных вод.