Destabilizacja emulsji

Destabilizacja emulsji to proces złożony. Uwarunkowany jest składem, mikrostrukturą, ale także warunkami tworzenia i przechowywania emulsji. Istnieje szereg parametrów zewnętrznych mających negatywny wpływ na stabilność emulsji.

Rys. 1. Czynniki wpływające na stabilność emulsji 

Oddziaływanie chemiczne, fizyczne i mikrobiologiczne jakie ma miejsce podczas przechowywania emulsji powoduje w niej zmiany.

Rys.2. Zmiany zachodzące w emulsjach podczas oddziaływań chemicznych, fizycznych i mikrobiologicznych 

Gdy w próbce emulsji mamy do czynienia z niestabilnością fizyczną, zmiany dotyczą wyłącznie rozkładu przestrzennego lub strukturalnej organizacji cząstek fazy rozproszonej. Niestabilność chemiczna daje w rezultacie przemianę chemiczną struktury cząstek fazy rozproszonej. Najważniejsze mechanizmy niestabilności fizycznej emulsji przedstawiono na rysunku 3. Zjawiska te można podzielić na: odwracalne – spowodowane agregacją i migracją kropel fazy rozproszonej i nieodwracalne podczas, których ulega zmianie wielkość kropel fazy rozproszonej.

Rys.3. Mechanizmy destabilizacji emulsji 

Śmietankowanie i sedymentacja

Podczas tego zjawiska krople fazy rozproszonej migrują wewnątrz fazy ciągłej i podlegają działaniu siły grawitacji. W zależności od różnicy gęstości pomiędzy kroplami fazy rozproszonej a fazą ciągłą krople wznoszą się ku górze lub opadają na dno naczynia. Pierwsze zjawisko nosi nazwę śmietankowania i zachodzi gdy krople mają mniejszą gęstość niż faza ciągła, drugie – sedymentacji. Sedymentacja zachodzi w emulsjach W/O.

Flokulacja

Flokulacja to zlepianie się (agregacja) dwóch lub większej liczby kropel fazy rozproszonej, prowadząca do wytworzenia się agregatów. Skutkuje to zmniejszeniem się pierwotnej liczby kropel fazy rozproszonej, zwiększa się natomiast masa lub objętość nowo powstałych kropel. Za utrzymanie nowych kropel odpowiadają m.in. wiązania wodorowe lub jonowe, utworzone pomiędzy cząsteczkami substancji zaadsorbowanych na granicy faz. Zjawisko to bardzo często zachodzi w emulsjach, gdzie występują cząsteczki o dużej masie cząsteczkowej np. emulgatory pochodzenia naturalnego.

Koalescencja

To łączenie się pojedynczych kropel w większe, co w konsekwencji prowadzi do wydzielenia się fazy rozproszonej i złamania emulsji. Zjawisko to jest procesem odwrotnym do procesu emulgowania.

Wystąpienie zjawiska koalescencji zależy m.in. od procesów, jakim poddawana jest emulsja. W przypadku mrożenia i rozmrażania emulsji, w recepturze których są substancje modyfikujące powstawanie kryształów lodu (tzw. krioprotektanty), koalescencja może zostać zahamowana. W celu uniknięcia zjawiska koalescencji można: osłabić siły przyciągania pomiędzy kroplami fazy rozproszonej, zwiększyć siły odpychania poprzez zmianę pH czy wzrost grubości filmu ochraniającego kroplę, obniżyć czas kontaktu kropel fazy rozproszonej przez dodanie do receptury emulsji substancji żelujących lub zagęszczających. Innym, często stosowanym sposobem zapobiegania koalescencji jest zastosowanie jako emulgatorów polimerów i/lub emulgatorów, które szybko adsorbują się na wytworzonych powierzchniach międzyfazowych.

Inwersja faz

Inwersja faz emulsji polega na zmianie emulsji typu O/W na emulsję typu W/O lub odwrotnie. Do etapów inwersji faz zalicza się: zniszczenie filmu powierzchniowego na granicy dwóch faz, rozwarstwienie się emulsji, ponowne zemulgowanie faz. Zjawisko to występuje głównie w emulsjach, odznaczających się wysokim ułamkiem objętościowym fazy rozproszonej, najczęściej wówczas, gdy układ osiąga maksymalny stopień upakowania.  

Starzenie ostwaldowskie

Starzenie ostwaldowskie (z ang. Ostwald ripening) polega na wzroście dużych kropel kosztem mniejszych, na skutek dyfuzji materiału zdyspergowanego. Dyfuzja ta jest możliwa, ponieważ potencjał chemiczny jest wyższy dla mniejszego promienia krzywizny.