乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的作用。乳化体是一种亚稳定状态,最终都会向着低能量级状态转变。
乳化体的不稳定性可有几种表现方式:絮凝、聚结、分层、破乳、变型、熟化。
在某些情况下,它们是相关联的。例如,乳液完全破乳前可先絮凝、聚集和分层,或分层与变型同时发生。
絮凝
乳化体中分散相的液滴聚集成团,形成液滴的簇[称为絮凝],这个过程称为絮凝作用。
一般情况下,絮凝物的液滴大小和分布没有明显变化,不会发生液滴的聚结。絮凝作用是由于液滴之间的吸引力引起的,这种作用往往较弱,因而絮凝过程也可能是可逆过程,搅动可使絮凝物重新分散。
引起液珠之间聚集的力包括范德华力和液珠带电后产生的双电层斥力之间的平衡,这决定了絮凝过程的速度和可逆程度。对于某一给定的体系,存在一个临界滴数浓度,低于该临界浓度时,乳化体对于絮凝作用是稳定的;高于该临界浓度时,乳化体更倾向与絮凝。
聚结
若絮凝物的液滴发生凝并,其中小液滴相互合并形成大液滴,这一过程称为聚结。聚结是破乳的前过程,也是个不可逆过程,它会导致液滴数目的减少和乳液的完全破坏——油水分离。减慢聚结速度是维持乳状液稳定性防止破乳的关键环节。
分层
由于油相和水相密度不同,在重力作用下液滴将上浮或下沉,在乳化体中建立起平衡的液滴浓度梯度,这一过程称为分层。
分层使得乳状液分散相液滴浓度不均匀,但乳化体并未真正被破坏。往往液滴密集地排列在体系的一端(上层或下层),分成两层,一层中分散相比原来多,而另一层以连续相为主,分散相浓度较低。
由于重力作用引起的分层,其沉降速度与内外相的密度差、外相的黏度、液滴大小等因素有关。分层作用的起因是外力场的作用,除重力外、还有静电力和离心力。
破乳
乳化体是一种热力学不稳定体系,最终平衡应该是油水分离。分层、破乳是其必然的结果,但要实现完全破乳也是不容易的,破乳与分层或变型可以同时发生,一般乳化体至破乳要经过絮凝或聚结过程。
变型
乳化体由于乳化条件改变,可由油包水型转化为水包油型,或由水包油型转换成油包水型,这个过程称为变型。变型是乳化过程重要的现象,它对乳化体的稳定性有很大影响。
奥斯特瓦尔德熟化
较小的液滴由于分散相分子通过连续相的大规模扩散而逐渐形成较大的液滴。最后,聚结描述了两个或多个液滴在液滴之间的液膜变薄和破裂时融合成更大的液滴的现象。
可逆现象:絮凝、分层
絮凝:胶体颗粒互相缔合,形成较疏松的絮凝物,颗粒结构不发生改变。
分层:由于密度不同,在重力作用下,乳化液滴上浮或下沉,在乳液中建立起平衡的液滴浓度梯度。(产品举例:部分shake型防晒产品、上层乳液下层半透的化妆水等)
不可逆现象:聚结、破乳、变型、奥斯特瓦尔德熟化
聚结:胶体颗粒互相结合,形成大颗粒,此时,胶体颗粒结构发生了改变。
破乳:乳状液是一种热力学不稳定体系,最终平衡点是油水分离。
变型:乳状液由于某些条件的改变,可由W/O型转变成O/W型或相反,这一过程成为变型。变型是乳化过程的重要现象,对乳化体稳定性有较大影响。
奥斯特瓦尔德熟化:非均匀结构中,小型颗粒将不断萎缩,而相对的大型颗粒不断增大,经过足够长的时间之后,将最终变为一个巨大的球型的颗粒以达到表面积最小的效果(从而变为能量最低)。为了避免熟化,乳化粒径应尽可能均匀。