Principios de emulsificación

Una emulsión se define con mayor precisión como una dispersión de gotitas de líquido en un segundo líquido inmiscible. Pueden formarse emulsiones temporales mezclando / agitando los dos líquidos normalmente inmiscibles, sin embargo, la estabilidad de las emulsiones temporales producidas de esta manera es mala. Los emulsionantes son materiales tensioactivos (tensioactivos) que se utilizan para ayudar en la formación de una emulsión y para estabilizar la emulsión.

Hay varios tipos diferentes de emulsiones. Se describen vagamente por su relación de fase y / o por su apariencia:

Aceite en agua

Agua en aceite

Múltiples emulsiones

Macroemulsiones

Microemulsiones

El aspecto de la emulsión depende del tamaño de partícula del

fase discontinua.

El tamaño de partícula se indica en nanómetros (nm)

Tamaño de partícula Apariencia

> 1 Blanco

0.1 -1.0 Azul blanco

0.05 - 0.1 Translúcido

< 0.05 Transparente

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Agua en aceite o aceite en agua

Las emulsiones básicas de aceite en agua y agua en aceite tienen diferentes características físicas y se distinguen fácilmente entre sí:

Emulsiones múltiples

Las emulsiones múltiples son sistemas complejos polidispersados ​​en los que existen simultáneamente emulsiones de aceite en agua y agua en aceite. Encuentran aplicación en áreas como alimentos, productos para el cuidado personal y formulaciones agroquímicas.

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Macroemulsiones

Las macroemulsiones son emulsiones en las que su apariencia es típicamente una emulsión blanca lechosa opaca o blanca azul. El tamaño de partícula de la emulsión tiende a ser superior a 50 nm. Pueden formarse espontáneamente con un aporte de energía limitado, pero también pueden requerir un aporte significativo de energía / cizallamiento dependiendo del sistema y la concentración del tensioactivo. Por lo general, se considera que son termodinámicamente inestables, pero pueden estabilizarse mediante la selección correcta de emulsionantes.

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Microemulsiones

Las microemulsiones son emulsiones en las que el tamaño de partícula de la fase dispersa es típicamente de 5 a 50 nm, la emulsión es totalmente transparente. Por lo general, se forman espontáneamente sin necesidad de aporte de energía y generalmente se consideran termodinámicamente estables. Requieren concentraciones de emulsionante significativamente más altas que una macroemulsión típica.

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Las características básicas de un sistema de emulsión:

Las emulsiones son inherentemente inestables

Para formar emulsiones, se requiere un gran aporte de energía.

Puede ser una combinación de energía mecánica y química.

Una función clave del tensioactivo / emulsionante es reducir la formación de energía.

El otro papel clave del tensioactivo / emulsionante es estabilizar la emulsión.

A continuación se muestra una vista simplista de una partícula de emulsión, protegida por moléculas de tensioactivo divididas en la interfaz de la fase interna y externa.

Los emulsionantes reducen la energía interfacial entre los dos líquidos inmiscibles, lo que ayuda a la formación de una emulsión. Para que un emulsionante sea eficaz para reducir el tamaño de las gotas y estabilizar una emulsión, debe ubicarse en la interfaz. El emulsionante no debe ser demasiado soluble en ninguna de las fases, de lo contrario migrará a esa fase. Si el emulsionante migra lejos de la interfaz, la emulsión se desestabiliza.

Selección de emulsionante

- Tipo de emulsión requerido, es decir, O / W, W / O, W / O / W

- Naturaleza de la fase oleosa, es decir. polar, no polar

- Restricciones regulatorias, es decir. Aprobado para alimentos, biodegradabilidad

Otros factores a considerar

- La "afinidad" química entre el tensioactivo hidrófobo y la fase oleosa

- Las mezclas de tensioactivos son más efectivas que un solo emulsionante de HLB correcto

- Las mezclas de aniónicos y no iónicos pueden ser más efectivas que cualquiera de los dos tipos por sí solos

- La posibilidad de reacción química entre los emulsionantes y la fase oleosa, solutos en la fase oleosa o solutos en la fase acuosa.

Procesos que indican inestabilidad dentro de una emulsión

- Crema

- Floculación o agregación

- Fusión

- Inversión de fase

- Maduración de Ostwald

Procesos de degradación de emulsiones

Los factores externos también pueden provocar la descomposición de la emulsión

Temperatura

- Altera la solubilidad del emulsionante

- Los no iónicos se vuelven menos solubles en agua al aumentar la temperatura

- Los aniónicos se vuelven más solubles en agua al aumentar la temperatura

- El HLB disminuye efectivamente al aumentar la temperatura, cuando el sistema emulsionante es únicamente no iónico.

- El tensioactivo se aleja de la interfaz aceite / agua, desestabilizando la emulsión

Calidad del agua

- La presencia de electrolitos repercute en la solubilidad del tensioactivo

- Los solutos de salazón incluyen NaOH, CaCO3, MgSO4

- Ciertos aniónicos interactúan con el agua dura.

- Los cambios de solubilidad provocan cambios en la partición de la interfaz

- Sistemas aniónicos / no iónicos resistentes al agua dura

Métodos para aumentar la estabilidad de la emulsión

Cada una de las causas individuales de degradación de la emulsión se puede controlar mediante la técnica de formulación y la selección de tensioactivos. Algunas correcciones son fáciles de implementar, otras requieren una reformulación radical del sistema de emulsión.

Reduzca la formación de crema y la sedimentación mediante:

- Ajuste de densidad: tipo de disolvente o aceite en fase dispersa

- Tamaño medio de partícula más bajo de la fase dispersa - modo de formación de la emulsión

- Incrementar la viscosidad de la fase continua - adición de coloides protectores, atención a la estructura del tensioactivo hidrófobo

Reducir la floculación mediante:

- Aumento de la concentración de tensioactivo

- Reforzar la barrera entrópica: especies de tensioactivos no iónicos / poliméricos

- Reforzar la barrera electrostática - especies de tensioactivos iónicos

Reducir la coalescencia mediante:

- Prevención de la formación de crema

- Aumenta el grosor y la elasticidad de la película interfacial.

- Uso de estabilizadores poliméricos

Reduzca la inversión de fase mediante:

- Revisar y revisar la relación de fases

- Aumentar la temperatura de inversión de fase

- Revise la relación iónico / no iónico

- Aumentar el número de EO de componente no iónico

- Disminuir el número de carbono de hidrófobos

Otras lecturas: The HLB Concept