Genellikle emülsiyonun bir fazı su veya sulu çözelti olup buna sulu faz denir; diğer faz ise suyla karışmayan organik faz olup buna yağ fazı denir.

1、 Sınıflandırma

Üç sınıflandırma yöntemi:

1. Kaynağına göre sınıflandırılmış: doğal ürünler ve sentetik ürünler;

2. Moleküler ağırlıklarına göre sınıflandırılır: düşük molekül ağırlıklı emülgatörler (c10-c20) ve yüksek molekül ağırlıklı emülgatörler (c binler);

3. Sulu çözeltide iyonlaşabilme özelliğine göre iyonik tip (anyonlar, katyonlar ve anyon ve katyonlar) ve noniyonik tip olmak üzere ikiye ayrılır.

Bu en yaygın kullanılan sınıflandırma yöntemidir.

 

2、 Emülgatörlerin işlevi ve prensibi

Emülgatörlerin temel işlevi, emülsifiye edilen iki sıvının yüzey gerilimini azaltmaktır. Bu nedenle, yüzey aktif maddeler emülgatör olarak kullanıldığında, hidrofobik gruplarının bir ucu çözünmeyen sıvı parçacıklarının (örneğin yağ) yüzeyine adsorbe olurken, hidrofilik grup suya doğru uzanır. Yüzey aktif maddeler, damlacıklar arasındaki karşılıklı çekimi azaltmak, iki faz arasındaki yüzey gerilimini düşürmek ve emülsiyonlar oluşturmak için karşılıklı dağılımı teşvik etmek üzere sıvı parçacıklarının yüzeyinde hidrofilik bir adsorpsiyon filmi (arayüzey filmi) oluşturmak üzere yönlendirilmiş olarak düzenlenir.

Yüzey aktif madde konsantrasyonu, arayüz yüz maskesinin dayanıklılığı üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Yüksek konsantrasyonda, arayüze adsorbe olan çok sayıda yüzey aktif madde molekülü, yoğun ve güçlü bir arayüz yüz maskesi oluşturur.

Farklı emülgatörlerin farklı emülsifikasyon etkileri vardır ve optimum emülsifikasyon etkisini elde etmek için gereken miktar da değişiklik gösterir. Genel olarak, sınır yüz maskesini oluşturan emülgatörün moleküler kuvveti ne kadar büyükse, film mukavemeti o kadar yüksek ve losyon o kadar stabil olur; aksine, kuvvet ne kadar küçükse, film mukavemeti o kadar düşük ve emülsiyon o kadar kararsız olur.

Yüz maskesinde yağ alkolü, yağ asidi ve yağ amini gibi polar organik moleküller bulunduğunda, membranın dayanıklılığı önemli ölçüde artar. Bunun nedeni, emülgatör moleküllerinin arayüz adsorpsiyon tabakasındaki alkol, asit ve amin gibi polar moleküllerle etkileşime girerek bir kompleks oluşturması ve bu sayede arayüz yüz maskesinin dayanıklılığının artmasıdır.

İkiden fazla yüzey aktif maddeden oluşan emülgatörler karma emülgatörlerdir. Moleküller arasındaki güçlü etkileşim sayesinde, arayüz gerilimi önemli ölçüde azalır, arayüze adsorbe edilen emülgatör miktarı önemli ölçüde artar ve oluşan arayüz yüz maskesinin yoğunluğu ve mukavemeti artar.

Emülsiyon oluşumu sırasında, yüzey aktif maddelerin katılımıyla yağ ve su arasındaki yüzey gerilimi büyük ölçüde azalır ve emülsiyon kararlı hale gelir. Ancak, emülsiyonda CMC veya çözünürlük kısıtlamaları nedeniyle sıfıra ulaşamayan bir yağ-su yüzey gerilimi hâlâ mevcuttur. Bu nedenle losyon, termodinamik açıdan kararsız bir sistemdir.

Mikro emülsiyonun yağ ve su arasındaki yüzey gerilimi ölçülemeyecek kadar düşüktür. Termodinamik olarak kararlı bir sistemdir. Bu, esas olarak, tamamen farklı özelliklere sahip ikinci bir yüzey aktif madde (örneğin, yardımcı yüzey aktif maddeler olarak bilinen pentanol, hekzanol ve heptanol gibi orta büyüklükteki alkoller) eklenerek elde edilir. Bu, yüzey gerilimini çok küçük bir seviyeye kadar düşürebilir ve hatta anlık negatif değerlere bile yol açabilir. Bu durum, çok bileşenli sistemler için Gibbs adsorpsiyon denklemiyle açıklanabilir.

 

3、Emülsiyon türü

Tip

Yaygın emülsiyon, bir fazı su veya sulu çözelti, diğeri ise gres, mum vb. gibi suda çözünmeyen organik maddelerdir. Su ve yağdan oluşan emülsiyon üç türe ayrılabilir:

(a) Su içinde yağ tipi (O'W)
(e) Bileşik süt (S/Y/S)
(b) Su içinde yağ tipi (S/Y)

(1) Yağ/su (0/W) emülsiyonu, suda dağılmış yağ. Yağ dağılmış bir fazdır (iç faz), su ise sürekli bir fazdır (dış faz). Su içinde yağ emülsiyonu, suyla seyreltilebilir. Süt, soya sütü vb. gibi.

(2) Su/yağ (W/O) emülsiyonu, yağ içinde dağılmış su. Su, yağ emülsiyonunun dağılmış bir fazı (iç faz), yağ ise sürekli bir fazıdır (dış faz). Bu tür emülsiyonlar yağ ile seyreltilebilir. Yapay tereyağı, ham petrol vb. gibi.

(3) Su ve yağ fazlarının katman katman dönüşümlü olarak dağılmasıyla oluşan halka şeklindeki emülsiyonlar esas olarak iki formda bulunur: su içinde yağ ve yağ içinde yağ 0/W/0 (yani yağ fazında asılı dağılmış yağ damlacıkları olan su fazı ve yağ içinde su ve su içinde su W/0/W (yani su fazında asılı dağılmış su damlacıkları olan yağ fazı). Bu tip emülsiyon nadirdir ve genellikle ham petrolde bulunur.

 

Emülsiyon tipini kontrol etme yöntemi

(1) Seyreltme yöntemi

Emülsiyonu, sürekli faz ile aynı sıvı ile seyreltin. Suda çözünen emülsiyon yağ/su tipi, yağda çözünen emülsiyon ise su/yağ tipidir.
Örneğin, süt suyla seyreltilebilir, ancak bitkisel yağla karıştırılamaz. Sütün O/W emülsiyonu olduğu görülebilir.

(2) İletken yöntem

Su ve yağın iletkenliği büyük ölçüde farklılık gösterir ve yağ/su emülsiyonunun iletkenliği, su/yağdan yüzlerce kat daha fazladır. Bu nedenle, emülsiyona iki elektrot yerleştirilir ve neon devrede seri olarak bağlanır ve yağ/su ışığı yanar.

(3) Boyama yöntemi

Test tüpüne 2-3 damla yağ bazlı veya su bazlı boya damlatın ve sürekli fazı eşit şekilde renklendirebilen boya tipine göre emülsiyonun türünü değerlendirin.

(4) Filtre kağıdı ıslatma yöntemi

Losyonu filtre kağıdına damlatın. Sıvı hızla genişleyebiliyorsa ve ortada küçük bir damla kalıyorsa, losyon su içinde yağdır; losyon damlaları genişlemiyorsa, su içinde yağdır.

(5) Optik kırılma yöntemi

Su ve yağın ışığa karşı farklı kırılma indisi, emülsiyon türünü belirlemek için kullanılır. Emülsiyon su içinde yağ ise, parçacıklar ışık toplayıcı rol oynar ve parçacıkların yalnızca sol dış hatları mikroskopla görülebilir; emülsiyon yağ içinde su ise, parçacıklar astigmatizma rolü oynar ve parçacıkların yalnızca sağ dış hatları mikroskopla görülebilir;

Emülsiyon tipini etkileyen başlıca faktörler

(1)Faz hacmi:

Faz hacmi teorisi, Ostwald tarafından geometrik bir bakış açısıyla ortaya atılmıştır. Bu bakış açısına göre, losyonun sıvı boncuklarının aynı boyutta ve sert küreler olduğu varsayıldığında, sıvı boncukların faz hacim oranı, en yoğun şekilde paketlendiklerinde toplam hacmin yalnızca %74,02'sini oluşturabilir. Sıvı boncukların faz hacmi integral sayısı %74,02'den büyükse, losyon deforme olur veya hasar görür.

(a) Düzgün damlacık zengini havlı dokuma emülsiyonu
(b) Düzensiz damlacık yoğun istifleme emülsiyonu
(c) Küresel olmayan sıvı damlacıkları istifleme ve emülsiyon gerektirir (kararsız)

Örnek olarak O/W tipi emülsiyonu ele alalım; yağın faz integral sayısı %74,02'den büyükse emülsiyon sadece W/0 tipini oluşturabilir, O/i tipi %25,98'den küçükse emülsiyon sadece W/0 tipini oluşturabilir ve oran %25,98 -%74,02 olduğunda ise 0/W veya W0 tipini oluşturabilir.

 

Emülgatörlerin Moleküler Yapısı ve Özellikleri - Kama Teorisi

Kama teorisi, emülsiyon tipini belirlemek için emülgatörlerin uzamsal yapısına dayanır. Kama teorisi, emülgatörlerdeki hidrofilik ve hidrofobik grupların enine kesit alanlarının eşit olmadığını öne sürer. Emülgatörlerin molekülleri, bir ucu daha büyük, diğeri daha küçük olan kamalar olarak görülür. Emülgatörün daha küçük ucu, damlacık yüzeyine kama gibi yerleştirilebilir ve yağ-su ara yüzeyinde yönlü bir şekilde düzenlenebilir. Hidrofilik polar uç sulu faza uzanırken, lipofilik hidrokarbon zinciri yağ fazına uzanır ve bu da arayüzey mukavemetinin artmasına neden olur.

 

Emülgatör Malzemesinin Emülsiyon Tipine Etkisi

Emülsiyon bileşimindeki malzemeler ve emülsiyon oluşturma koşulları gibi faktörlerin etkisine ek olarak, dış koşullar da emülsiyon tipi üzerinde etkilidir. Örneğin, emülsiyon duvarının hidrofilik ve lipofilik yapısı güçlüdür ve emülsiyon duvarının hidrofilik yapısı güçlü olduğunda O/W emülsiyonu kolayca oluşurken, lipofilik yapısı güçlü olduğunda W/O emülsiyonu kolayca oluşur. Bunun nedeni, sıvının duvarda sürekli bir faz tabakası tutması gerektiğidir, bu nedenle karıştırıldığında sıvı boncuklara dağılması kolay değildir. Cam hidrofilik iken plastik hidrofobiktir, bu nedenle ilki O/W emülsiyonları oluşturmaya eğilimlidir, ikincisi ise W/O emülsiyonları oluşturmaya eğilimlidir.

 

İki Fazın Toplanma Hızı Teorisi

Birleşme hızı teorisi, emülsiyonu oluşturan iki tür damlacığın birleşme hızının emülsiyon üzerindeki etkisinden yola çıkarak, iki tür damlacığın birleşme hızının, emülsiyon, köpekbalığı ve öldürme birlikte talebi karşıladığında iki tür damlacığın birleşme hızına bağlı olduğuna hükmeder.

 

Sıcaklık

Sıcaklıktaki artış, hidrofilik grupların hidrasyon derecesini düşürerek moleküllerin hidrofilisitesini azaltır. Bu nedenle, düşük sıcaklıklarda oluşan 0/w emülsiyonu, ısıtıldığında W/0 emülsiyonuna dönüşebilir. Bu geçiş sıcaklığı, yüzey aktif maddenin hidrofilik ve lipofilik özelliklerinin uygun bir dengeye ulaştığı sıcaklıktır ve faz geçiş sıcaklığı (PIT) olarak bilinir.

Ancak emülgatör konsantrasyonu, emülgatör malzemesinin ıslatma özelliğinin etkisini yenebilecek kadar büyük olduğunda, oluşan emülsiyon tipi yalnızca emülgatörün kendi doğasına bağlıdır ve damar duvarının hidrofilisitesi ve lipofilisitesi ile hiçbir ilgisi yoktur.