Эмульсси. изготовление имульсий

Эмульсии

Эмульсии (новолат. emulsio, от лат. emulgeo — дою, выдаиваю; одной из первых изученных эмульсий было молоко), дисперсные системы, состоящие из мелких капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). Различают Э. прямые, типа "масло в воде", с каплями неполярной жидкости, например минерального масла, в полярной (обычно водной) среде, и обратные, типа "вода в масле", с каплями полярной жидкости в неполярной среде. Встречаются также "множественные" Э., в которых капли дисперсной фазы являются в то же время и дисперсной средой для более мелких капелек. Кроме того, Э. делят на лиофильные и лиофобные. Лиофильные Э., образующиеся самопроизвольно при температурах, близких к критической температуре смешения жидких фаз, термодинамически устойчивые обратимые системы (см. Лиофильные и лиофобные коллоиды). Лиофобные Э., возникающие при механическом, акустическом или электрическом диспергировании одной жидкости в другой либо вследствие выделения новой капельножидкой фазы из пересыщенных растворов или расплавов, термодинамически неустойчивы. Они могут длительно существовать только в присутствии эмульгаторов. Лиофильные Э. — высокодисперсные (коллоидные) системы, размер их капель не превышает 10-5см. Лиофобные Э. — грубодисперсные системы (размер капель обычно лежит в пределах 10-5—10-2см). При достаточно большой разнице в плотностях дисперсной фазы и дисперсионной среды они седиментационно (кинетически) неустойчивы. Седиментация капель Э., хорошо защищенных от коалесценции, приводит к концентрированию капель и образованию сливок или осадка без расслаивания Э. на две сплошные жидкие фазы.

Тип и свойства Э. зависят от состава  и соотношения жидких фаз, количества и химическая природы эмульгатора, способа и температуры эмульгирования и других факторов. Изменение состава  Э. или внешнего воздействия могут  вызвать так называемое обращение  фаз — превращение прямой Э. в  обратную или, наоборот, обратной в  прямую. Низкоконцентрированные Э. с  каплями, перемещающимися свободно и независимо друг от друга в легкоподвижной среде, — типичные жидкости. При  повышении концентрации дисперсной фазы свыше 74% по объему (для Э. с одинаковым размером капель) вязкость системы  резко возрастает, Э. желатинируются и приобретают свойства геля. При этом капли, имеющие первоначально сферическую форму, сильно деформируются и приобретают конфигурацию, близкую к многограннику. Содержание дисперсной фазы в высококонцентрированных Э. можно довести до 99% по объему; при этом дисперсионная среда сохранится между каплями лишь в виде тонких прослоек, подобных жидким пленкам между пузырьками в пенах.

Разнообразные по составу и свойствам, Э. широко используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту и  других областях. Многокомпонентными Э. являются многие пищевые продукты (например, молоко, яичный желток), а  кроме того, млечные соки растений, сырая нефть.

В виде Э. применяют смазочно-охлаждающие жидкости, некоторые пестициды, косметические средства, лекарства, связующие для эмульсионных красок. В строительстве широко применяют битумные Э.

Лит.: Воюцкий С. С., Курс коллоидной химии, 2 изд., М., 1975, с. 367—81; Эмульсии, пер. с англ., Л., 1972; Becher P., Emulsions: theory and practice, 2 ed., N. Y., 1965; Emulsions and emulsion technology, ed. K. J. Lissant, pt 1—2, N. Y., 1974. 

 Л. А. Шиц

http://slovari.yandex.ru/%D1%8D%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%B8%D0%B8/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0%AD%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%B8%D0%B8/

Основные типы эмульсий


Микрофотография эмульсии молочного  жира (1,5 % молоко)

Тип и эмульсии зависит от состава  и соотношения ее жидких фаз, от количества и химической природы эмульгатора, от способа эмульгирования и некоторых других факторов.

  • Прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде»)

Для эмульсих типа м/в хорошими эмульгаторами  могут служить растворимые в  воде мыла (натриевые и калиевые соли жирных кислот). Молекулы этих соединений, адсорбируясь на поверхности раздела  фаз, не только снижают поверхностное  натяжение на ней, но благодаря закономерной ориентации в поверхностном слое создают в нем пленку, обладающую механической прочностью и защищающей эмульсию от разрушения.

  • Обратные, или инвертные (типа «вода в масле»)

Для эмульсии типа в/м хорошими эмульгаторами могут быть нерастворимые в воде мыла (кальциевые, магниевые и алюминиевые соли жирных кислот).

Изменение состава эмульсий или  внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в  обратную или наоборот.

Тип эмульсии

Дисперсионная среда

Дисперсная фаза

Прямая

Вода

Масло

Обратная

Масло

Вода


Так же эмульсии разделяются на лиофильные и лиофобные:

  • Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно и термодинамически устойчивы. К ним относятся т. н. критические эмульсии, образующиеся вблизи критической температуры смешения двух жидких фаз, а также некоторые смазочно-охлаждающие жидкости.
  • Лиофобные эмульсии возникают при механическом, акустическом или электрическом эмульгировании (диспергировании), а также вследствие конденсационного образования капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах. Они термодинамически неустойчивы и длительно существуют лишь в присутствии эмульгаторов — веществ, облегчающих диспергирование и препятствующих коалесценции (слипанию). Эффективные эмульгаторы — мицеллообразующие ПАВ, растворимые высокомолекулярные вещества, некоторые высокодисперсные твёрдые тела.

[править]Получение эмульсий


Получение эмульсии 
A. две несмешивающиеся жидкости; 
В. диспергирование фазы II, образование нестабильной эмульсии; 
C. коагуляция частиц фазы II, разделение фаз неустойчивой эмульсии; 
D. добавление поверхностно-активного вещества (фиолетовый контур вокруг частиц), стабилизация эмульсии.

Эмульсии образуются двумя путями:

  • путём дробления капель.

Этот метод осуществляется путём  медленного прибавления диспергируемого  вещества в дисперсную систему в  присутствии эмульгатора при непрерывном и сильном перемешивании. Главными факторами, от которых зависит степень дисперсности частиц получаемой эмульсии и её устойчивость, является скорость перемешивания, скорость введения диспергируемого вещества, его количество, природа эмульгатора и его концентрация, температура и pH среды.

  • путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли.

Механизм образования состоит  в следующем. Жидкость, образующая дисперсную фазу (например, масло), при медленном  прибавлении к дисперсионной  среде образует плёнку. Эта плёнка разрывается пузырьками воздуха, выходящими из отверстия трубки, которые находятся  на дне сосуда. Образуются мелкие единичные  капли. Одновременно пузырьки воздуха  энергично размешивают всю жидкость и этим самым способствуют дальнейшему  эмульгированию. В настоящее время  для получения концентрированной  эмульсии масла с водой её подвергают действию ультразвука.

[править]Разрушение эмульсий


Эмульсии со временем самопроизвольно  разрушаются. На практике иногда возникает  необходимость ускорить процесс  разрушения эмульсий (в случаях когда  наличие эмульсии затрудняет дальнейшую обработку или применение материала). Ускорить процесс разрушения эмульсии можно различными способами:

  • Химическое разрушение защитных пленок эмульгатора соответствующим реагентом. Основой метода химического расщепления является нейтрализация отрицательного заряда . На этом принципе основано действие органических деэмульгаторов.
  • Прибавление эмульгатора, способного вызвать обращение фаз эмульсии и снижающего этим прочность защитной пленки (стабилизированная натриевым мылом эмульсия типа в/м - при введении солей кальция - будет находится в менее стойком состоянии);
  • Адсорбционное замещение эмульгатора более поверхностно-активным веществом, не обладающим способностью образовывать достаточно прочные пленки;
  • Термическое разрушение (Расслоение эмульсий нагреванием);
  • Механическое воздействие (Отделение сливок от обрата с помощью сепаратора);
  • Действие электрического тока или электролитов (Разрушение эмульсий, стабилизированных электрическим зарядом частиц - эмульсии типа вода/ нефть).

[править]Применение эмульсий


Эмульсии широко используют в различных  отраслях промышленности:

  • Пищевая промышленность (сливочное масло, маргарин);
  • Мыловарение;
  • Переработка натурального каучука;
  • Строительная промышленность (битумные материалы, пропиточные композиции);
  • Автомобильная промышленность (получение смазочно-охлаждающих жидкостей);
  • Сельское хозяйство (пестицидные препараты);
  • Медицина (производство лекарственных и косметических средств);
  • Живопись.

 

http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EC%F3%EB%FC%F1%E8%FF

 

ЭМУЛЬСИИ, дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой (реже газовой) дисперсной фазой. Различают прямые эмульсии- дисперсионная среда (обычно вода) более полярна, чем дисперсная фаза (напр., молоко, латексы), и обратные (инвертные) эмульсии- с менее полярной дисперсионной средой(маргарин, сырая нефть). Существуют также множественные эмульсии, в к-рых капли дисперсной фазысодержат в своем объеме более мелкие капли дисперсионной среды. Эмульсии разделяют на разбавленные (дисперсная фаза занимает по объему доли %), концентрированные (единицы и десятки %) и высококонцентрированные, или спумоидные (пенообразные), напр. многие мази, кремы. В таких эмульсиях капли дисперсной фазы прижаты друг к другу и разделены тонкими эмульсионными пленками, прямыми или обратными, так что объемная доля дисперсной фазы может достигать 99% и более (подробнее см. Тонкие пленки). Важная характеристика эмульсий - их дисперсность, точнее функция распределения капель по размерам. В концентрированных эмульсиях средний размер капель обычно составляет от неск. мкм до десятков мкм, тогда как разб. эмульсии имеют капли в доли мкм и меньше.  
Образование эмульсий - эмульгирование - может происходить как в результате конденсац. выделения новойдисперсной фазы, так и при диспергировании одной жидкой фазы в другой. Диспергирование может происходить самопроизвольно или в результате мех. воздействия. Самопроизвольное эмульгированиевозможно при очень низких значениях поверхностного натяжения границы раздела двух жидкостей (менее сотой доли мН/м) и приводит к образованию термодинамически равновесных критич. эмульсий (см.Микроэмульсии). Кроме того, самопроизвольное эмульгирование может происходить в результате диффузионного переноса в-в (ооычно ПАВ) из одной фазы в другую. Для мех. эмульгирования применяют разл. гомогенизаторы и диспергаторы (см. Диспергирование).

Стабилизаторы эмульсий. Возможность образования эмульсий, их тип и стабильность определяютсяповерхностными явлениями на границах раздела фаз и зависят прежде всего от наличия в системе ПАВ-эмульгаторов, их концентрации и мол. строения, в частности гидрофильно-липофильного баланса ГЛБ (см.Поверхностно-активные вещества). Стабилизаторами прямых эмульсий являются водорастворимые ПАВ с высокими значениями ГЛБ (более 8): анионные (мыла щелочных металлов, натриевые и триэтаноламиновыесоли алкилсульфокислот и алкилфосфорных к-т), неионогенные (твины, этоксилаты спиртов и алкил фенолов), катионные (алкилимидазолины, четвертичные аммониевые соли), высокомолекулярные ПАВ как прир. происхождения (лецитины, полисахариды, липопротеины, белки), так и синтетические (поливиниловый спирт,полиакрилаты и др.).  
Для стабилизации обратных эмульсий используют мыла переходных металлов, моноалканоламиды, неионогенные ПАВ с низким ГЛБ, напр, спан-80, этиленоксилаты высших спиртов и к-т. При взаимод. стабилизированных мылами щелочных металлов прямых эмульсий с многозарядными ионами может происходить т. наз. обращение фаз - самопроизвольное превращение прямой эмульсии в обратную; при использовании неионо-генных эмульгаторов обращение фаз может происходить с ростом т-ры.  
В трехкомпонентных системах вода-углеводород-неионогенное ПАВ и в многокомпонентных системах вода(иногда с добавками электролитов) - углеводород - ионное ПАВ -соПАВ (обычно спирты со средней длиной цепи) в определенном температурном интервале происходит образование термодинамически стабильныхмикроэмульсий, характеризующихся ультранизким межфазным натяжением на границах раздела между водойи углеводородом.  
Нарушение устойчивости эмульсий связано с протеканием в системе процессов седиментации, коагуляциикапель, их слияния (см. Коалесценция)и диффузионного переноса в-ва от малых капель к более крупным (оствальдово созревание, изотермич. перегонка, переконденсация). Седиментация в грубодисперсных эмульсиях может быть прямой или обратной (образование "сливок") в зависимости от соотношения плотностей жидкостей, служащих дисперсионной средой и дисперсной фазой. Для предотвращенияседиментации проводят дополнит, дис-пергирование (гомогенизацию) эмульсий или вводят добавки, выравнивающие плотности фаз. Устойчивость к коагуляции м. б. достигнута при использовании ионогенных ПАВ; в случае обратных эмульсий эффективно применение Fe- и Cr-солей высших жирных к-т. Практически полное предотвращение коалесцен-ции возможно при использовании ПАВ, особенно высокомолекулярных, создающих на пов-сти капель структурно-мех. барьер. Эффективным способом замедления переконденсации эмульсий является введение в состав дисперсной фазы добавок, практически нерастворимых в дисперсионной среде: для прямых эмульсий- углеводородов с большой мол. массой, для обратных эмульсий - электролитов.  
Эмульсии широко распространены в природе; это молоко (капли жира в воде, стабилизированные смесямибелков, в осн. казеина, липопротеинов и фосфолипидов), млечный сок растений, напр. каучуконосов (см.Латекс натуральный), нефтяные эмульсии, деэмульгирование к-рых для освобождения от сильно засоленнойводы является важнейшей задачей первичной переработки нефти. Близки к эмульсиям кровь, а также системы, содержащие липосомы и микроорганизмы. В пром-сти и технологии эмульсии используют в процессах эмульсионной полимеризации, в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей, в виде заменителей цельного молока, как смазки, составы для консервации, проклеивающие составы в произ-ве бумаги, аппретуры для улучшения св-в и прокрашивания кожи, препараты для обработки нитей и тканей. Обратные эмульсии служат буровыми р-рами при проходке нефтяных и газовых скважин, для обработки призабойных зон в них; перспективно использование микроэмульсий для увеличения степени нефтеотдачи пластов. Разнообразные обратные эмульсии применяются в виде лекарств. и косметич. мазей и кремов, пищ. продуктов (напр., маргарин); прямые эмульсии перфторуглеродных соед. в воде - перспективныекровезаменители.

Лит.: Эмульсии, пер. с англ., Л., 1972; Мицеллообразование, солюбилизациа и микроэмульсии, ред. К. Миттел, пер. с англ., М., 1980.

А. В. Перцов, Б. Е. Чистяков. 

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5369.html

 

Эмульсии — дисперсии  одной жидкости в другой

Эмульсии представляют собой  дисперсии одной жидкости в другой, при этом очевидно, что эти две  жидкости не смешиваются друг с другом. Почти все эмульсии содержат воду в качестве одной из фаз и органическую жидкость в качестве другой фазы. Органическую фазу принято называть «маслом», но это не означает, что она обязательно  является маслом в прямом значении этого слова. Встречаются эмульсии и не содержащие воды, например эмульсии фторуглеродов в углеводороде. Можно  привести примеры эмульсий, состоящих  из двух водных фаз. В таких эмульсиях  обе фазы обычно являются растворами двух разных полимеров, например декстрана  и полиэтиленгликоля.

Эмульсии можно разделить  на два основных типа: «масло в воде»  и «вода в масле». Распространенными  примерами эмульсий первого типа являются краски, клеи, битумные эмульсии, композиции для сельскохозяйственных нужд и т. д. Примером эмульсий второго  типа служат маргарины. Существуют также  двойные эмульсии, которые могут  быть двух типов: «вода в масле» в  воде или «масло в воде» в масле. Такие эмульсии представляют интерес  как средства доставки лекарственных  веществ. Капли жидкости в эмульсиях  образуют дисперсную фазу, а окружающая их жидкость — дисперсионную среду.

Если масло диспергировано в воде без добавок поверхностно-активных веществ или каких-либо стабилизаторов других типов, устойчивость эмульсии очень  низкая. Капли масла сталкиваются друг с другом, что вызывают их слияние, т. е. коалесценцию. Скорость движения индивидуальных капель под действием  гравитационных сил пропорциональна  разнице плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, а также  квадрату радиуса капель и обратно  пропорциональна вязкости дисперсионной  среды. Для типичной эмульсии углеводорода в воде расчеты показывают, что  скорость движения капель размером 0.1 мкм равна 0.4 мм/сутки, капель размером 1 мкм - 40 мм/сутки, а капли размером 10 мкм седиментируют уже со скоростью 4 м/сутки. Отсюда следует, насколько  важно получать эмульсии с каплями  малого размера.

Кроме того, расчеты показывают, что полупериод жизни капли масла  радиусом 1 мкм в эмульсии «масло в воде», содержащей равные объемы масла  и воды, при вязкости воды равной 1 мПа-с, составляет 0.77 с.

Для эмульсий, сохраняющихся  в течение шести месяцев, полупериод жизни равен 1.6-10 с. Сравнение приведенных  значений не оставляет сомнений в  том, что капли в эмульсиях  необходимо стабилизировать. Ниже рассмотрены  несколько способов стабилизировать  эмульсии.

Высококонцентрированные эмульсии

В большинстве эмульсий, предназначенных  для технологического применения, концентрация дисперсной фазы составляет 25-50%. Вязкость таких эмульсий практически не отличается от вязкости дисперсионной среды. Поскольку  высокая вязкость дисперсионной  среды способствует устойчивости эмульсий, сложилась практика вводить в  дисперсионную среду полимеры или  другие добавки, увеличивающие вязкость этой фазы.

В монодисперных эмульсиях  с 50%-ной концентрацией дисперсной фазы наблюдается почти плотная  упаковка капель. На самом деле частицы  в таких эмульсиях часто находятся  во втором минимуме. Теоретический  максимум для статистической упаковки сфер — 64% внутренней фазы, а для  гексагональной упаковки — 74%. Тем не менее эмульсии могут содержать  более 90 об.% дисперсной фазы. Для сферических  частиц это возможно при широком  распределении частиц по размерам, что позволяет маленьким каплям заполнять «пустоты» между большими каплями. Примером таких концентрированных, важных с технологической точки  зрения эмульсий являются эмульгированные  взрывчатые вещества. Обычно это эмульсии типа «вода в масле», содержащие до 90% воды, в которой растворен  нитрат аммония. Нитрат аммония окисляет углеводород с образованием газообразных продуктов, что сопровождается резким возрастанием объема.

В экстремальных случаях  эмульсии могут содержать 99% дисперсной фазы, такие эмульсии имеют гелеобразный вид, а их структура больше похожа на полиэдрическую структуру концентрированных  пен, чем на сферическую форму  капель и пузырьков.

Механизмы разрушения эмульсий

За разрушение эмульсий отвечают разные механизмы. Отстаивание или  седиментация происходят из-за разницы  плотностей дисперсной фазы и дисперсионной  среды. Отстаивание наблюдается  чаще, чем седиментация, поскольку  более распространены эмульсии типа «масло в воде», а плотность масляной фазой меньше плотности водной фазы. У некоторых масел плотность  больше, чем у воды, поэтому добавление таких растворителей к масляной фазе используется для повышения  стабильности эмульсий, требующих длительного  хранения. Капли в эмульсиях могут  также флокулировать, а это означает, что система будет находится  во «вторичном минимуме». В этом случае система находится в энергетически  устойчивом состоянии, в котором  капли максимально сближены друг с другом, но сохраняют свою целостность. Отстаивание, седиментация и флокуляция являются обратимыми процессами. Это  значит, что при определенных условиях систему можно вернуть в исходное состояние, например при наложении  сдвиговых нагрузок. Гораздо более  глубокие изменения в эмульсиях вызывает процесс коалесценции, при котором капли сливаются друг с другом. Коаленценцию можно рассматривать как необратимый процесс. В ряде случаев, если вторичный минимум невелик или вовсе отсутствует, разделить процессы флокуляции и коалесценции практически невозможно.

 

Рис. 1. Механизмы дестабилизации эмульсий. Обратите внимание, что различные  процессы могут происходить одновременно

Существует еще один механизм дестабилизации эмульсий — это оствальдово  созревание. В этом процессе из маленьких  капель, следовательно, капель с большим  соотношением площади и объема, уходит вещество, и в конце концов эти  капли исчезают, в то время как  более крупные капли увеличиваются  в размере. Процесс осуществляется за счет диффузии молекул дисперсной фазы через дисперсионную среду. Скорость оствальдова созревания в  эмульсиях типа «масло в воде»  зависит от растворимости масла  в воде, поэтому процесс гораздо  заметнее для эмульсий низших углеводородов  а не высших углеводородов.

При обсуждении стабилизации эмульсий можно провести параллель  со стабилизацией дисперсий, содержащих твердые частицы, т. е. суспензий. В  суспензиях обычно плотность частиц дисперсной фазы больше, чем плотность  дисперсионной среды, поэтому для  них характерен процесс седиментации, а не всплывания капель. Процессы флокуляции также присущи суспензиям; как  и в случае эмульсий, благодаря  флокуляции суспензия оказывается  во вторичном минимуме, что подразумевает  обратимость системы. Рано или поздно частицы твердой фазы необратимо агрегируют, что эквивалентно процессу коалесценции в эмульсиях. Если частицы  дисперсной фазы в какой-то мере растворимы в воде, как, например, большинство  солей и оксидов, в результате оствальдова созревания постепенно увеличивается размер частиц дисперсной фазы, причем часто процесс заканчивается  образованием суспензии с более  узким распределением частиц по размерам.

Необходимость потенциального энергетического барьера для  капель в эмульсиях

Как упоминалось выше, полупериод жизни стандартной эмульсионной капли радиусом 1 мкм не превышает 1 с. Если на поверхности создается  потенциальный энергетический барьер, время жизни может увеличиться  до нескольких дней и даже лет. Можно  показать, что энергетический барьер, равный 10 кТ {к — константа Больцмана, T— абсолютная температура) на расстоянии радиуса от частицы, обеспечивает повышение  времени жизни капли до 2 ч, а  барьер в 15 кТ— до 1.3 сут. Увеличение барьера до 20 кТ приводит к увеличению полупериода жизни капли до 5 лет. Таким образом, потенциальный барьер имеет принципиальное значение для  стабильности эмульсий. Зададимся вопросом, как можно создавать такие  барьеры?

Принято различать следующие  механизмы стабилизации эмульсий, несмотря на то, что реально они часто  комбинируются.

Электростатическая стабилизация

Электростатическая стабилизация эмульсий с помощью ионных поверхностно-активных веществ очень широко распространена. Кроме того, для этой цели можно  использовать полиэлектролиты. Электростатическая стабилизация основана на отталкивании, которое возникает при перекрывании двойных электрических слоев, существующих вокруг частиц. В результате перекрывания в этой зоне повышается концентрация ионов, что приводит к проигрышу  в энтропии.

Стерическая стабилизация

Стерическая стабилизация достигается  с помощью неионных поверхностно-активных веществ с длинными полиоксиэтиленовыми  цепями. Неионные полимеры также часто  используются для обеспечения стерической  стабилизации. Для обеспечения эффективной  стерической стабилизации необходимо выполнять следующее требование: дисперсионная среда должна быть хорошим растворителем для полимерных цепей, которые распространяются от поверхности в окружающую среду. Такой растворитель должен быть «лучше, чем тета-растворитель». Стерическая  стабилизация обусловлена отталкиванием, возникающим вследствие понижения энтропии, когда полимерные цепи от двух капель начинают перепутываться.

На рис. 2 проиллюстрированы  электростатическая и стерическая  стабилизации, обеспечиваемые анионными  и неионными поверхностно-активными  веществами соответственно.

Стабилизация эмульсий твердыми частицами

Для стабилизации эмульсий можно  использовать твердые частицы. Частицы  должны быть малы по сравнению с  каплями эмульсии и достаточно гидрофобны. Наилучший эффект достигается, когда  частицы образуют с каплями масла  краевой угол -90°. Такие частицы  считаются сбалансированными, поскольку  они в равной мере погружены в  обе жидкие фазы. Гидрофобные белки, часто белки в изоэлектрической точке, могут действовать аналогичным  образом.

Стабилизация ламелярными  жидкими кристаллами

Поверхностно-активные вещества могут образовывать вокруг капель мультислои с образованием ламелярной жидкокристаллической фазы. Эти многослойные структуры  стабильны и могут обеспечивать очень большое время жизни  эмульсий. В случае стабилизации жидкокристаллической фазой затрачивается минимальная  энергия для получения эмульсий. Это так называемое «спонтанное  эмульгирование». На рис. 4 показаны ламелярные жидкие кристаллы на поверхности  капли масла.

 

Рис. 2. Электростатическая и  стерическая стабилизация эмульсии поверхностно-активными веществами

Комбинация механизмов стабилизации

Как упоминалось ранее, в  стабилизации эмульсий часто проявляется  несколько механизмов. Во многих системах сочетаются электростатическая и стерическая  стабилизация; в этом случае иногда говорят об «электростерической» стабилизации. Например, такая стабилизация происходит в эмульсиях технического назначения, стабилизированных этоксилированными  жирными спиртами и додецилсульфатом натрия.

Рис. 3. Стабилизация эмульсии твердыми маленькими частицами

 

Рис. 4. Стабилизация эмульсии ламелярной жидкокристаллической фазой

Рис. 5. Стабилизация эмульсии «масло в воде» смесью этоксилированного  спирта и додецил-сульфата натрия

Бутербродные масла, будучи эмульсиями типа «вода в масле», могут быть устойчивыми за счет трех механизмов стабилизации: анионные фос-фолипиды обеспечивают электростатическую стабилизацию, биополимеры — стерическую, а  кристаллы жира — стабилизацию твердыми частицами.

 

Теория ДЛФО — краеугольный камень в понимании стабилизации эмульсий

Теория ДЛФО, названная  в честь четырех разработавших  ее ученых — Деряги-на, Ландау, Фервея и Овербека, — описывает картину  взаимодействия между ван-дер-ваальсовым притяжением и отталкиванием  двойных электрических слоев. Между  этими силами существует конкуренция, что и определяет устойчивость дисперсных систем. Притяжение преобладает на коротких и на больших расстояниях  между частицами. На промежуточных  расстояниях отталкивание двойных  электрических слоев, обеспеченное сильно заряженными поверхностями  при не очень больших концентрациях  электролита в дисперсионной  среде, может превосходить силы притяжения. Соли экранируют заряды на поверхности  частиц и таким образом снижают  устойчивость эмульсий. Теория ДЛФО предсказывает, а эксперименты подтверждают, что  при концентрации соли 0.1 M электростатическое отталкивание нивелируется. Электростатическая стабилизация может быть чрезвычайно  эффективной в модельных системах, в то же время чувствительность к  электролитам оказывается серьезным  препятствием использования эмульсий для множества практических целей.

На рис. 6 показаны кривые энергии взаимодействия для двух ситуаций. Энергия притяжения одинакова  в обоих случаях, а электростатическое отталкивание сильное и слабое. Результирующая кривая J7 имеет максимум отталкивания, а на кривой V такой максимум отсутствует.

Теория ДЛФО и наиболее общие концепции стабилизации эмульсий и их дестабилизации приложимы и  к дисперсным системам, в которых  дисперсная фаза представлена твердыми частицами, т.е. к суспензиям. Обычно суспензии характеризуются большой  разностью плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, что сильно затрудняет их стабилизацию. Однако твердые  частицы часто оказываются сильнее  заряженными по сравнению с каплями  эмульсий, что способствует стабилизации. В особо важных ситуациях для  стабилизации каждой индивидуальной системы, эмульсии или суспензии, разрабатываются  специальные композиции. Но в любом  случае все системы имеют одно общее свойство: они термодинамически неустойчивы. Рано или поздно, иногда спустя годы хранения эмульсии и суспензии  разделяются на макроскопические фазы.