Hinweis 1: Die Definition basiert auf der Definition in ref.
Hinweis 2: Die Tröpfchen können amorph, flüssigkristallin oder ein beliebiges
– Gemisch davon sein.
Anmerkung 3: Die Durchmesser der Tröpfchen, die die dispergierte Phase
bilden, liegen üblicherweise zwischen etwa 10 nm und 100 µm; d.h. die Tröpfchen
können die üblichen Größengrenzen für kolloidale Partikel überschreiten.,
Hinweis 4: Eine Emulsion wird als Öl/Wasser-Emulsion (o/w) bezeichnet, wenn die
dispergierte Phase ein organisches Material ist und die kontinuierliche Phase
Wasser oder eine wässrige Lösung ist, und wird als Wasser/Öl (w/o) bezeichnet, wenn die dispergierte
– Phase Wasser oder eine wässrige Lösung ist und die kontinuierliche Phase eine
organische Flüssigkeit (ein „Öl“) ist.
Anmerkung 5: Eine W/o-Emulsion wird manchmal als inverse Emulsion bezeichnet.
Der Begriff „inverse Emulsion“ ist irreführend, was falsch darauf hindeutet, dass
die Emulsion Eigenschaften hat, die das Gegenteil von denen einer Emulsion sind.
Seine Verwendung wird daher nicht empfohlen.,
Emulsionen enthalten sowohl eine dispergierte als auch eine kontinuierliche Phase, wobei die Grenze zwischen den Phasen als „Schnittstelle“bezeichnet wird. Emulsionen neigen dazu, ein trübes Aussehen zu haben, weil die vielen Phasenschnittstellen Licht streuen, wie es durch die Emulsion geht. Emulsionen erscheinen weiß, wenn alles Licht gleichmäßig gestreut wird. Wenn die Emulsion ausreichend verdünnt ist, wird mehr Licht mit höherer Frequenz (niedriger Wellenlänge) gestreut und die Emulsion erscheint blauer-dies wird als „Tyndall-Effekt“bezeichnet., Wenn die Emulsion ausreichend konzentriert ist, wird die Farbe zu vergleichsweise längeren Wellenlängen verzerrt und erscheint gelber. Dieses Phänomen ist leicht zu beobachten, wenn man Magermilch, die wenig Fett enthält, mit Sahne vergleicht, die eine viel höhere Konzentration an Milchfett enthält. Ein Beispiel wäre eine Mischung aus Wasser und öl.
Zwei spezielle Emulsionsklassen – Mikroemulsionen und Nanoemulsionen mit Tröpfchengrößen unter 100 nm – erscheinen durchscheinend., Diese Eigenschaft ist darauf zurückzuführen, dass Lichtwellen nur dann von den Tröpfchen gestreut werden, wenn ihre Größe etwa ein Viertel der Wellenlänge des einfallenden Lichts überschreitet. Da das sichtbare Lichtspektrum aus Wellenlängen zwischen 390 und 750 Nanometern (nm) besteht, kann das Licht, wenn die Tröpfchengrößen in der Emulsion unter etwa 100 nm liegen, durch die Emulsion eindringen, ohne gestreut zu werden. Aufgrund ihrer Ähnlichkeit im Aussehen werden transluzente Nanoemulsionen und Mikroemulsionen häufig verwechselt., Im Gegensatz zu transluzenten Nanoemulsionen, die eine spezielle Ausrüstung erfordern, werden Mikroemulsionen spontan durch „lösliche“ Ölmoleküle mit einer Mischung aus Tensiden, Co-Tensiden und Co-Lösungsmitteln gebildet. Die erforderliche Tensidkonzentration in einer Mikroemulsion ist jedoch um ein Vielfaches höher als die in einer transluzenten Nanoemulsion und übersteigt signifikant die Konzentration der dispergierten Phase. Aufgrund vieler unerwünschter Nebenwirkungen, die durch Tenside verursacht werden, ist deren Anwesenheit in vielen Anwendungen nachteilig oder unerschwinglich., Darüber hinaus wird die Stabilität einer Mikroemulsion oft leicht durch Verdünnung, Erhitzen oder durch Änderung des pH-Wertes beeinträchtigt.
Gängige Emulsionen sind von Natur aus instabil und neigen daher nicht dazu, sich spontan zu bilden. Energieeintrag – durch Schütteln, Rühren, Homogenisieren oder Einwirkung von Power Ultraschall – wird benötigt, um eine Emulsion zu bilden. Im Laufe der Zeit neigen Emulsionen dazu, in den stabilen Zustand der Phasen zurückzukehren, die die Emulsion umfassen., Ein Beispiel dafür ist die Trennung der Öl-und Essigkomponenten der Vinaigrette, einer instabilen Emulsion, die sich schnell löst, wenn sie fast kontinuierlich geschüttelt wird. Es gibt wichtige Ausnahmen von dieser Regel – Mikroemulsionen sind thermodynamisch stabil, während transluzente Nanoemulsionen kinetisch stabil sind.
Ob aus einer Emulsion aus Öl und Wasser eine „Wasser-in-Öl“-Emulsion oder eine „Öl-in-Wasser“ – Emulsion wird, hängt vom Volumenanteil beider Phasen und der Art des Emulgators (Tensid) ab (siehe Emulgator unten).,
Instabilitätedit
Emulsionsstabilität bezieht sich auf die Fähigkeit einer Emulsion, Änderungen ihrer Eigenschaften im Laufe der Zeit zu widerstehen. Es gibt vier Arten von Instabilität in Emulsionen: Flockung, Einrahmung/Sedimentation, Koaleszenz und Ostwald-Reifung. Flockung tritt auf, wenn eine Anziehungskraft zwischen den Tröpfchen besteht, so dass sie Flocken bilden, wie Trauben. Dieser Prozess kann erwünscht sein, wenn er in seinem Ausmaß gesteuert wird, um physikalische Eigenschaften von Emulsionen wie ihr Fließverhalten abzustimmen., Koaleszenz tritt auf, wenn Tröpfchen ineinander stoßen und sich zu einem größeren Tröpfchen verbinden, so dass die durchschnittliche Tröpfchengröße mit der Zeit zunimmt. Emulsionen können auch einer Einrahmung unterzogen werden, bei der die Tröpfchen unter dem Einfluss des Auftriebs oder unter dem Einfluss der Zentripetalkraft, die bei Verwendung einer Zentrifuge induziert wird, an die Oberseite der Emulsion aufsteigen. Das Eincremen ist ein häufiges Phänomen bei Milch-und Nichtmilchgetränken (z. B. Milch, Kaffeemilch, Mandelmilch, Sojamilch) und ändert normalerweise nicht die Tröpfchengröße., Sedimentation ist das entgegengesetzte Phänomen des Eincremens und wird normalerweise in Wasser-in-Öl-Emulsionen beobachtet. Sedimentation geschieht, wenn die dispergierte Phase dichter als die kontinuierliche Phase ist und die Gravitationskräfte die dichteren Kügelchen zum Boden der Emulsion ziehen. Ähnlich wie beim Eincremen folgt die Sedimentation dem Gesetz von Stoke.
Ein geeigneter “ oberflächenaktiver Wirkstoff „(oder“ Tensid“) kann die kinetische Stabilität einer Emulsion erhöhen, so dass sich die Größe der Tröpfchen mit der Zeit nicht wesentlich ändert., Die Stabilität einer Emulsion, wie einer Suspension, kann in Bezug auf das Zetapotential untersucht werden, was die Abstoßung zwischen Tröpfchen oder Partikeln anzeigt. Wenn sich die Größe und Dispersion von Tröpfchen mit der Zeit nicht ändert, gilt sie als stabil. Zum Beispiel zeigten Öl-in-Wasser – Emulsionen, die Mono-und Diglyceride und Milchprotein als Tensid enthielten, dass eine stabile Öltröpfchengröße über 28 Tage Lagerung bei 25°C,
Überwachung der physikalischen Stabilitätedit
Die Stabilität von Emulsionen kann durch Techniken wie Lichtstreuung, fokussierte Strahlreflexionsmessung, Zentrifugation und Rheologie charakterisiert werden. Jede Methode hat Vor – und Nachteile.
Beschleunigte Methoden zur Haltbarkeitsprodiktionedit
Der kinetische Prozess der Destabilisierung kann ziemlich lang sein – bis zu mehreren Monaten oder sogar Jahren für einige Produkte. Oft muss der Formulierer diesen Prozess beschleunigen, um Produkte in einer angemessenen Zeit während des Produktdesigns zu testen., Thermische Methoden werden am häufigsten verwendet – diese bestehen darin, die Emulsionstemperatur zu erhöhen, um die Destabilisierung zu beschleunigen (wenn sie unter kritischen Temperaturen für Phaseninversion oder chemischen Abbau liegen). Die Temperatur beeinflusst nicht nur die Viskosität, sondern auch die Grenzflächenspannung bei nichtionischen Tensiden oder bei Wechselwirkungen zwischen Tröpfchen innerhalb des Systems. Die Lagerung einer Emulsion bei hohen Temperaturen ermöglicht die Simulation realistischer Bedingungen für ein Produkt (z.,, eine Röhre Sonnenschutzemulsion in einem Auto in der Sommerhitze), beschleunigt aber auch Destabilisierungsprozesse bis zu 200 mal.
Mechanische Beschleunigungsmethoden, einschließlich Vibration, Zentrifugation und Bewegung, können ebenfalls verwendet werden.
Diese Methoden sind fast immer empirisch, ohne fundierte wissenschaftliche Grundlage.