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乳液的稳定性如何预测

2022-03-14 13:55:22

  乳液是两种或多种不混溶液体(如油和水)的稳定混合物(分散液)。 在某些情况下,油和水可以混合成均匀稳定的溶液,称为乳液。乳液通常分为水包油(o / w)和油包水(w / o)两种基本类型。从热力学观点来看,乳液是不稳定的体系,因为液-液体系存在分离和降低其界面能的自然趋势。乳液的日常例子是我们常用的乳液化妆品,它们都由油和水组成。 产生乳液必须满足两个条件:
 

  乳化剂:乳化剂是一种特殊的物质,能够同时结合水分子和油分子,从而将油和水混合到均匀的溶液中。
 

  机械力:通过剧烈搅拌,油相和水相破碎成碎片和小液滴,形成由乳化剂固定在一起的混合物。
 

  尽管乳化剂有助于稳定油和水的混合物,但乳化剂仍然固有地不稳定,最终会分离。发生的速度取决于乳液的组成,以及乳化剂的类型和浓度。
 

  如何预测乳液的稳定性-

  1. 斯托克斯沉降方程预测乳液稳定性

  增加乳液或悬浮液连续相的零剪切粘度是增加物理稳定性的常用方法。 但是,零剪切粘度测量超出了大多数典型实验室粘度计的功能,因为它们缺乏执行此类测试所需的灵敏度和精确的电机控制。 诸如我们实验室中的高性能流变仪能够执行非常温和的受控应力粘度分析方法,从而在一系列材料上获得零剪切粘度值。

  在零剪切粘度测试中,必须使用高性能流变仪进行受控的应力测量。

  在零剪切粘度测试中,必须使用高性能流变仪进行受控应力测量。

  在高度简化的情况下,斯托克斯方程式提供了对分散在液体连续相中的固体颗粒或液滴的沉降或乳化速度的估计:
 

  参数:

  v =沉降速度或乳化速度(m / s)

  Dp =粒径(m)

  rp =颗粒密度(kg / m3)

  rf =连续相密度(kg / m3)

  η=连续相粘度(Pa.s)

  从这里可以看出,要确保最大稳定性,必须减小粒径或增加连续相粘度。

  可通通过如下两种方法减缓乳液分层,从而提高稳定性
 

  增稠以增加粘度

  在大多数配方中,连续相将通过添加流变改性剂和稳定剂(例如水溶性聚合物)而增稠。这些通过增加液体的低剪切粘度而保持高剪切行为相对不变而起作用,从而赋予非牛顿剪切剪切特性。然而,不同的流变改性剂将赋予不同程度的剪切稀化。对于试图量化流变改性剂的相对稳定作用的配方设计师而言,这会带来问题,因为非牛顿剪切稀稀液体的粘度当然不是一个整数,而是取决于所施加的剪切强度。
 

  零剪切粘度

  在有效的静止状态下,沉淀和凝结是一个漫长而缓慢的过程。因此,最相关的粘度值以及斯托克斯方程式将提供最可靠的沉降或乳化估计的粘度值是连续相的零剪切粘度,在非常低的剪切速率下的平稳粘度和压力。
 

  通常,配方设计师只能使用标准的布鲁克菲尔德粘度计。尽管是一种简单,低成本的解决方案,但使用这些仪器的问题在于它们通常仅具有较小的测量范围,更关键的是,它们无法在测量零剪切粘度所需的超低扭矩条件下运行。根据典型的粘度计,这三个样品看起来非常相似,但是在非常低的剪切速率(零剪切粘度)下,它们非常不同。
 

  零剪切粘度测试要求应用非常低的剪切速率和剪切应力,因此需要高性能的流变仪,例如我们在实验室中使用的流变仪。

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