emulze
emulsion
Heterogenní
disperze, v níž jsou
disperzní podíl i
disperzní prostředí kapalné. Pro tvorbu emulzí platí obdobné podmínky jako pro vznik
lyofobních solů: kapaliny, které spolu vytvářejí emulzi, musí být navzájem nemísitelné nebo omezeně mísitelné a v soustavě bývají přítomny látky, schopné zabránit slévání dispergovaných kapiček -
koalescenci. Velikost kapek u emulzí (
0,1 – 10 µm) často přesahuje
koloidní rozměry, filmy mezi kapkami mohou být koloidních rozměrů.
Klasifikace emulzí
-
podle polárnosti disperzního podílu a prostředí
-
emulze přímé (prvního druhu), označované jako O/V (olej ve vodě), ve kterých je disperzním prostředím polárnější kapalina (obvykle voda nebo vodný roztok)
(O značí nepolární fázi bez ohledu na to, zda je olejovité konzistence či nikoliv, V polárnější kapalinu)
-
emulze obrácené (druhého druhu), označované jako emulze V/O (voda v oleji), jejichž disperzním prostředím je méně polární kapalina
Typ emulze je možno určit
-
podle její elektrické vodivosti (je dána vodivostí jejího disperzního prostředí - emulze O/V jsou mnohem vodivější než emulze V/O)
-
podle schopnosti rozpouštět polární nebo nepolární barviva
-
podle schopnosti mísit se s polárními nebo nepolárními rozpouštědly (emulzi možno ředit kapalinou, která se mísí s jejím disperzním prostředím)
-
pozorováním v ultrafialovém světle (olejová fáze fluoreskuje)
-
podle smáčivosti (emulze O/V smáčí hydrofilní povrch, emulze V/O nikoliv a naopak)
V principu je možno připravit i emulze typu O/O (olej v oleji); tato možnost je však omezena značnou mísitelností organických kapalin a dále skutečností, že existuje jen málo látek, které jsou povrchově aktivní na rozhraní dvou organických kapalin a mohou tak působit jako stabilizátory těchto emulzí.
-
podle koncentrace disperzního podílu
-
zředěné emulze - disperzní podíl zaujímá max. 2 % celkového objemu, průměr kapiček je zpravidla řádově 10–7 m, tedy blízký rozměru koloidních částic
-
koncentrované emulze – disperzní podíl je tvořen nedeformovanými sférickými kapkami v monodisperzních systémech může koncentrace disperzního podílu dosáhnout max. 74 obj.%, což odpovídá nejtěsnějšímu geometrickému uspořádání kulovitých částic. Polydisperzní emulze, kde malé kapénky mohou vyplnit prostory mezi velkými, lze připravit i koncentrovanější
-
gelovité (vysoce koncentrované) emulze, v nichž jsou částice disperzního podílu uloženy tak těsně, že se vzájemně deformují a nabývají tvaru mnohostěnů, oddělených od sebe tenkými filmy koloidních rozměrů - vrstvičkami disperzního prostředí a emulgátoru.
 |
|
|
Obr. 1 Různé typy emulzí (a) zředěné, (b) koncentrované, (c) vysoce koncentrované (gelovité)
|
-
Stabilita emulzí
Jako všechny lyofobní
koloidní a
mikrodisperzní soustavy jsou i emulze agregátně nestálé. Aby byla zajištěna dostatečná životnost emulze, je zapotřebí systém stabilizovat.
-
Stabilizace elektrickou dvojvrstvou přichází v úvahu pouze u zředěných emulzí, kde srážky částic nejsou příliš časté. Rozpustnost kationtů a aniontů je různá ve vodné a olejové fázi; obvykle jsou anionty více rozpustné v olejové, kationty víc ve vodné fázi (proto např. kapičky u emulzí typu O/V mívají záporný náboj). Odpudivé síly mezi kapičkami brání koalescenci tím účinněji, čím větší je tloušťka dvojvrstvy a čím větší je náboj kapky. Vliv koncentrace elektrolytů na tyto dvě veličiny je však opačný - náboj kapky roste s koncentrací elektrolytu, kdežto tloušťka dvojvrstvy se vzrůstající koncentrací elektrolytu klesá. Křivka závislosti stability emulze na koncentraci elektrolytu tak prochází maximem.
-
Stabilizace pomocí
emulgátoru. V koncentrovaných emulzích, kde stabilizace kapének pouhým elektrickým nábojem nepostačuje, je třeba životnost emulzí zajistit přidáním vhodné třetí složky. Emulgátor vytváří na povrchu kapének ochrannou vrstvu, která při tepelné nebo sedimentační srážce dvou kapiček zabrání jejich koalescenci. Musí proto splňovat tyto požadavky:
-
hromadit se na rozhraní obou fází;
-
vytvářet na rozhraní soudržný, elastický film, který však nejeví adhezi k filmům vytvořeným okolo jiných kapiček.
Vhodnými emulgátory tedy jsou látky schopné gelatinizace nebo asociace ve velké micely; a patří sem i práškovité, nerozpustné látky (viz
emulgátor).
Vlastnosti emulzí
Barva a vzhled emulzí závisí na koncentraci a velikosti částic disperzního podílu a na indexu lomu obou kapalných fází. Emulze jsou většinou kalné, koncentrovanější emulze jsou neprůhledné. Pouze při stejném indexu lomu obou fází jsou emulze průsvitné.
Vlastnosti zředěných emulzí jsou podobné vlastnostem zředěných
solů. Částice těchto emulzí typu O/V nesou záporný elektrický náboj, jeví
elektroforetickou pohyblivost, a lze je koagulovat elektrolyty, jejichž koagulační schopnost stoupá s mocenstvím kationtů.
Sedimentace disperzního podílu závisí na poměru hustot obou kapalin; může docházet jak k sedimentaci směrem dolů, tak k sedimentaci směrem vzhůru (vzplývání); na hladině pak vzniká koncentrovaná vrstva disperzní fáze. Vysoce koncentrované nebo gelovité emulze nejsou v důsledku těsného uložení částic schopné sedimentovat a vykazují některé mechanické vlastnosti stejné jako
gely (např. lze je řezat nožem).
Viskozita zředěných emulzí se často řídí
Einsteinovou rovnicí. Viskozita koncentrovaných emulzí závisí mnohem více na poměru objemů obou kapalných fází než pouze na viskozitě disperzního prostředí a uplatňuje se také viskozita emulgátoru. Systémy vykazují
nenewtonské chování.
Zvláštní vlastností emulzí je možnost změnit typ emulze. Dojde-li ke změně podmínek, které stabilizují emulzi určitého typu, může dojít k obrácení fází (viz
inverzi emulze), kdy emulze daného typu přechází na emulzi opačného typu.
Příprava a zánik emulzí
Emulze se připravují a vznikají mechanickým dispergováním vždy za přítomnosti emulgátoru (viz
emulzifikaci). V řadě případů bývají emulze nevítaným jevem a je nutno je odstraňovat (viz
rozrážení emulze).
Grafy souvislostí do úrovně:
I 
II 