به‌طورکلی، یک فاز امولسیون، آب یا محلول آبی است که فاز آبی نامیده می‌شود؛ فاز دیگر، فاز آلی است که با آب امتزاج‌ناپذیر است و به عنوان فاز روغنی شناخته می‌شود.

۱. طبقه‌بندی

سه روش طبقه‌بندی:

۱. طبقه‌بندی بر اساس منبع: محصولات طبیعی و محصولات مصنوعی؛

۲. طبقه‌بندی بر اساس وزن مولکولی: امولسیفایرهای با وزن مولکولی کم (c10-c20) و امولسیفایرهای با وزن مولکولی بالا (c هزاران)؛

۳. با توجه به اینکه آیا می‌تواند در محلول آبی یونیزه شود، می‌توان آن را به نوع یونی (آنیون‌ها، کاتیون‌ها، و آنیون‌ها و کاتیون‌ها) و نوع غیر یونی تقسیم کرد.

این روش، رایج‌ترین روش طبقه‌بندی است.

 

۲، عملکرد و اصل امولسیفایرها

عملکرد اصلی امولسیفایرها کاهش کشش سطحی دو مایع در حال امولسیون شدن است. بنابراین، هنگامی که سورفکتانت‌ها به عنوان امولسیفایر استفاده می‌شوند، یک سر گروه آبگریز آنها روی سطح ذرات مایع نامحلول (مانند روغن) جذب می‌شود، در حالی که گروه آبدوست به سمت آب امتداد می‌یابد. سورفکتانت‌ها به صورت جهت‌دار روی سطح ذرات مایع قرار می‌گیرند تا یک فیلم جذب آبدوست (فیلم بین سطحی) تشکیل دهند، به طوری که جاذبه متقابل بین قطرات را کاهش می‌دهند، کشش سطحی بین دو فاز را کاهش می‌دهند و پراکندگی متقابل را برای تشکیل امولسیون‌ها تقویت می‌کنند.

غلظت سورفکتانت تأثیر مستقیمی بر استحکام ماسک صورت بین سطحی دارد. با غلظت بالا، مولکول‌های سورفکتانت زیادی روی سطح مشترک جذب می‌شوند و یک ماسک صورت با سطح مشترک متراکم و قوی تشکیل می‌دهند.

امولسیفایرهای مختلف اثرات امولسیون‌کنندگی متفاوتی دارند و مقدار مورد نیاز برای دستیابی به اثر امولسیون‌کنندگی بهینه نیز متفاوت است. به طور کلی، هرچه نیروی مولکولی امولسیفایری که ماسک صورت مرزی را تشکیل می‌دهد بیشتر باشد، استحکام فیلم بیشتر و لوسیون پایدارتر است. برعکس، هرچه نیرو کمتر باشد، استحکام فیلم کمتر و امولسیون ناپایدارتر است.

وقتی مولکول‌های آلی قطبی مانند الکل چرب، اسید چرب و آمین چرب در ماسک صورت وجود داشته باشند، استحکام غشاء به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد. این به این دلیل است که مولکول‌های امولسیفایر با مولکول‌های قطبی مانند الکل، اسید و آمین در لایه جذب سطحی تعامل می‌کنند و یک کمپلکس تشکیل می‌دهند که استحکام ماسک صورت سطحی را افزایش می‌دهد.

امولسیفایر متشکل از بیش از دو سورفکتانت، امولسیفایر مخلوط است. به دلیل برهمکنش قوی بین مولکول‌ها، کشش سطحی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد، مقدار امولسیفایر جذب شده روی سطح مشترک به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و چگالی و استحکام ماسک صورت بین سطحی تشکیل شده افزایش می‌یابد.

در طول تشکیل امولسیون، کشش سطحی بین روغن و آب به دلیل مشارکت سورفکتانت‌ها به شدت کاهش می‌یابد و به یک امولسیون پایدار تبدیل می‌شود. با این حال، هنوز کشش سطحی روغن-آب در امولسیون وجود دارد که به دلیل محدودیت CMC یا حلالیت نمی‌تواند به صفر برسد. بنابراین، لوسیون یک سیستم ترمودینامیکی ناپایدار است.

کشش سطحی بین روغن و آب در میکروامولسیون آنقدر کم است که نمی‌توان آن را اندازه‌گیری کرد. این یک سیستم ترمودینامیکی پایدار است. این امر عمدتاً با افزودن نوع دوم سورفکتانت با خواص کاملاً متفاوت (مانند الکل‌های با اندازه متوسط ​​مانند پنتانول، هگزانول و هپتانول که به عنوان کوسورفکتانت شناخته می‌شوند) حاصل می‌شود که می‌تواند کشش سطحی را تا حد بسیار کمی کاهش دهد، حتی منجر به مقادیر منفی آنی شود. این را می‌توان با معادله جذب گیبس برای سیستم‌های چند جزئی توضیح داد.

 

۳، نوع امولسیون

نوع

امولسیون‌های رایج، یک فاز آب یا محلول آبی است و فاز دیگر ماده آلی نامحلول در آب مانند گریس، موم و غیره است. امولسیون‌های تشکیل شده از آب و روغن را می‌توان به سه نوع تقسیم کرد:

(الف) نوع روغن در آب (O'W)
(ه) شیر ترکیبی (آب/روغن/آب)
(ب) نوع روغن در آب (W/O)

(1) امولسیون روغن/آب (0/W)، روغن پراکنده در آب. روغن یک فاز پراکنده (فاز داخلی) است و آب یک فاز پیوسته (فاز خارجی) امولسیون روغن در آب است که می‌تواند با آب رقیق شود. مانند شیر، شیر سویا و غیره.

(2) امولسیون آب/روغن (W/0)، آب پراکنده در روغن. آب یک فاز پراکنده (فاز داخلی) و روغن یک فاز پیوسته (فاز خارجی) از امولسیون آب در روغن است. این نوع امولسیون را می‌توان با روغن رقیق کرد. مانند کره مصنوعی، نفت خام و غیره.

(3) امولسیون‌های حلقه‌ای شکل، که با پراکندگی متناوب فازهای آب و نفت به صورت لایه به لایه تشکیل می‌شوند، عمدتاً به دو شکل وجود دارند: روغن در آب و روغن در روغن 0/W/0 (یعنی فاز آب با قطرات روغن پراکنده معلق در فاز روغن و آب در روغن و آب در آب W/0/W (یعنی فاز روغن با قطرات آب پراکنده معلق در فاز آب). این نوع امولسیون نادر است و عموماً در نفت خام وجود دارد.

 

روش بررسی نوع امولسیون

(1) روش رقیق‌سازی

امولسیون را با همان مایع فاز پیوسته رقیق کنید. امولسیون محلول در آب از نوع روغن/آب و امولسیون محلول در روغن از نوع آب/روغن است.
برای مثال، شیر را می‌توان با آب رقیق کرد، اما نمی‌توان آن را با روغن نباتی مخلوط کرد. می‌توان مشاهده کرد که شیر یک امولسیون روغن در آب است.

(2) روش رسانا

رسانایی آب و روغن تفاوت زیادی با هم دارند و رسانایی امولسیون روغن/آب صدها برابر بزرگتر از آب/روغن است. بنابراین، دو الکترود در امولسیون قرار داده می‌شوند و نئون به صورت سری در حلقه متصل می‌شود و چراغ روغن/آب روشن می‌شود.

(3) روش رنگ‌آمیزی

۲ تا ۳ قطره از رنگ‌های روغنی یا آب‌پایه را به لوله آزمایش اضافه کنید و نوع امولسیون را بر اساس اینکه کدام نوع رنگ می‌تواند فاز پیوسته را به طور یکنواخت رنگی کند، قضاوت کنید.

(4) روش خیس کردن کاغذ صافی

لوسیون را روی کاغذ صافی بریزید. اگر مایع بتواند به سرعت منبسط شود و یک قطره کوچک در مرکز آن باقی بماند، لوسیون از نوع روغن در آب است؛ اگر قطرات لوسیون منبسط نشوند، از نوع روغن در آب است.

(5) روش شکست نوری

ضریب شکست متفاوت آب و روغن در برابر نور برای شناسایی نوع امولسیون استفاده می‌شود. اگر امولسیون روغن در آب باشد، ذرات نقش جمع‌آوری نور را ایفا می‌کنند و فقط طرح کلی سمت چپ ذرات را می‌توان با میکروسکوپ مشاهده کرد. اگر امولسیون آب در روغن باشد، ذرات نقش آستیگماتیسم را ایفا می‌کنند و فقط طرح کلی سمت راست ذرات را می‌توان با میکروسکوپ مشاهده کرد.

عوامل اصلی مؤثر بر نوع امولسیون

(1) حجم فاز:

نظریه حجم فاز توسط استوالد از دیدگاه هندسی ارائه شد. دیدگاه این است که با فرض اینکه دانه‌های مایع لوسیون هم‌اندازه و کره‌های صلب هستند، کسر حجمی فاز دانه‌های مایع تنها می‌تواند 74.02٪ از کل حجم را در زمانی که بیشترین تراکم را دارند، تشکیل دهد. اگر عدد انتگرال حجم فاز دانه‌های مایع بیشتر از 74.02٪ باشد، لوسیون تغییر شکل داده یا آسیب خواهد دید.

(الف) امولسیون بافته شده با پرز غنی از قطرات یکنواخت
(ب) امولسیون متراکم و نامنظم با قطرات متراکم
(ج) قطرات مایع غیر کروی نیاز به انباشت و امولسیون دارند (ناپایدار)

به عنوان مثال، امولسیون نوع O/W را در نظر بگیرید، اگر عدد انتگرال فاز روغن بیشتر از 74.02٪ باشد، امولسیون فقط می‌تواند نوع W/0 تشکیل دهد، وقتی نوع O/i کمتر از 25.98٪ باشد و وقتی کسر 25.98٪ -74.02٪ باشد، ممکن است نوع 0/W یا W0 تشکیل شود.

 

ساختار مولکولی و خواص امولسیفایرها - نظریه گوه

نظریه گوه بر اساس ساختار فضایی امولسیفایرها برای تعیین نوع امولسیون است. نظریه گوه نشان می‌دهد که سطح مقطع گروه‌های آبدوست و آبگریز در امولسیفایرها برابر نیست. مولکول‌های امولسیفایرها به صورت گوه‌هایی در نظر گرفته می‌شوند که یک سر آنها بزرگتر و سر دیگر کوچکتر است. سر کوچکتر امولسیفایرها را می‌توان مانند یک گوه در سطح قطره قرار داد و به صورت جهت‌دار در سطح مشترک روغن-آب قرار داد. سر قطبی آبدوست به داخل فاز آبی امتداد می‌یابد، در حالی که زنجیره هیدروکربنی لیپوفیل به داخل فاز روغنی امتداد می‌یابد و در نتیجه استحکام سطح مشترک افزایش می‌یابد.

 

تأثیر ماده امولسیفایر بر نوع امولسیون

علاوه بر تأثیر عواملی مانند مواد تشکیل دهنده امولسیون و شرایط تشکیل امولسیون، شرایط خارجی نیز بر نوع امولسیون تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، ماهیت آبدوست و چربی‌دوست دیواره امولسیون قوی است و امولسیون O/W زمانی به راحتی تشکیل می‌شود که ماهیت آبدوست دیواره امولسیون قوی باشد، در حالی که امولسیون W/O زمانی به راحتی تشکیل می‌شود که ماهیت چربی‌دوست دیواره امولسیون قوی باشد. دلیل این امر این است که مایع باید لایه‌ای از فاز پیوسته را روی دیواره حفظ کند، به طوری که هنگام هم زدن به راحتی در دانه‌های مایع پراکنده نشود. شیشه آبدوست است در حالی که پلاستیک آبگریز است، بنابراین اولی مستعد تشکیل امولسیون O/W در حالی که دومی مستعد تشکیل امولسیون W/O است.

 

نظریه سرعت تجمع دو فاز

نظریه سرعت انعقاد از تأثیر سرعت انعقاد دو نوع قطره تشکیل دهنده امولسیون بر امولسیون شروع می‌شود و قضاوت می‌کند که سرعت انعقاد دو نوع قطره به سرعت انعقاد دو نوع قطره بستگی دارد، زمانی که امولسیون، کوسه و کشتن با هم تقاضا را پوشش می‌دهند.

 

دما

افزایش دما، درجه هیدراتاسیون گروه‌های آبدوست را کاهش می‌دهد و در نتیجه آبدوستی مولکول‌ها را کاهش می‌دهد. بنابراین، امولسیون 0/w تشکیل شده در دماهای پایین ممکن است با گرم شدن به امولسیون W/0 تبدیل شود. این دمای گذار، دمایی است که در آن خواص آبدوستی و چربی‌دوستی سورفکتانت به تعادل مناسبی می‌رسند که به عنوان دمای گذار فاز PIT شناخته می‌شود.

با این حال، هنگامی که غلظت امولسیفایر به اندازه کافی زیاد باشد تا بر تأثیر خاصیت ترشوندگی ماده امولسیفایر غلبه کند، نوع امولسیون تشکیل شده فقط به ماهیت خود امولسیفایر بستگی دارد و هیچ ارتباطی با آبدوستی و چربیدوستی دیواره رگ ندارد.