Tính chất của nhũ được quyết định bởi thành phần và cách điều chế. Những nhân tố quan trọng nhất quyết định tính chất vật lý của nhũ là mối quan hệ về lượng giữa pha phân tán và pha liên tục hay tỷ lệ thể tích pha, bản chất của hai pha và bản chất của chất tạo nhũ.
− Tỷ lệ thể tích pha
Mối quan hệ về lượng giữa hai pha có thể biểu thị qua nhiều hình thái. Thực tế, nhũ tương được hiểu là một hệ có hai pha liên tục chiếm phần trăm thể tích cao. Việc biểu thị giới hạn phần trăm thể tích như vậy cho một khái niệm chưa đúng đắn về nhũ tương. Ngoài ra, pha phân tán cũng có thể biểu thị như một phần của nhũ.
Riêng đối với nhũ mỹ phẩm, hàm lượng pha phân tán có thể trong khoảng 5 – 60% trọng lượng. Mặc dù vậy, vẫn có thể đạt đến 80% trọng lượng pha phân tán, đặc biệt với hệ nhũ có pha liên tục là dầu.
− Bản chất vật lý của các pha
Điều này rất quan trọng. Pha dầu có thể ở trạng thái lỏng - rắn có điểm nóng chảy từ 60oC trở lên. Tương tự, pha háo nước có thể là nước - keo rắn, thêm vào đó một trong hai pha hoặc cả hai pha có thể chứa những hạt rắn phân tán.
Về bản chất, sự chất chứa và phân tán những hạt rắn có thể bổ sung một số tính chất một cách rõ rệt cho bất kỳ một hệ nhũ cơ bản nào được nói ở trên.
Bản chất của chất tạo nhũ
Nếu nói đến một hệ nhũ chứa ba pha chính (liên tục, phân tán và pha phân tán) thì chất tạo nhũ hay bất cứ một hợp chất hoạt động bề mặt mạnh nào cũng có một vai trò rất quan trọng. Ví dụ, trong hệ nhũ W/O chứa 40% trọng lượng dầu và 1% chất nhũ hoá, tính chất chảy của nhũ phụ thuộc vào độ nhớt của pha liên tục “O”, sự phân bố những giọt nhỏ và bản chất của lớp film phân cách. Khi đưa hương vào nhũ, việc thêm vào 0,5% hương sẽ không làm thay đổi đáng kể độ nhớt của hệ, nhưng khi dùng hương với hàm lượng cao (trên 1,25%) thì phải lưu ý đến khả năng biến đổi độ nhớt của hệ.
Tuy nhiên nếu hương chứa những thành phần hoạt động bề mặt, nó sẽ tác động lớn đến kích cỡ các thành phần và bản chất của lớp film phân cách. Tương tự, tính bền và tính chất, công dụng có thể bị tác động bởi những cấu tử trong hệ.
− Dạng nhũ
Là một tính chất quan trọng của nhũ tương. Loại nhũ được xác định thông qua chất tạo nhũ, ngoài ra tỷ lệ pha và phương pháp điều chế cũng là những nhân tố qua trọng tiếp theo.
Có vài cách xác định loại nhũ:
Cho một phần nhỏ nhũ vào trong dầu và nước, nếu nhũ hoà tan hoàn toàn vào môi trường nào thì pha liên tục là thành phần đó.
Rắc bột thuốc nhuộm tan được trong dầu và thuốc nhuộm tan được trong nước lên bề mặt nhũ. Nếu loại thuốc nhuộm nào tan thì pha liên tục của nhũ có tính chất của thuốc nhuộm đó.
Đo độ dẫn điện bằng một máy kiểm tra nhũ. Nếu neon không sáng thì đó là nhũ W/O. Nếu neon sáng rõ, ổn định đó là nhũ O/W, nếu neon chớp tắt liên hồi, đó là nhũ W/O không ổn định hay nhũ phức.
− Sự phân bố kích thước tiểu phân
Trong nhũ bình thường, kích thước hạt phân tán không đồng nhất, có thể biến đổi trên một dãy rộng. Quá trình đồng nhất làm giảm sự phân bố những kích cỡ thành phần và tạo ra một sản phẩm ổn định hơn, đặc hơn và đục hơn. Sự phân bố kích thước thành phần phụ thuộc vào điều kiện sản xuất, mặc dù vậy, yếu tố chính vẫn là loại chất tạo nhũ. Hiện nay để đo kích thước pha phân tán, người ta dùng kính hiển vi, ngoài ra còn dùng phương pháp đo tỷ lệ đóng cặn và sự phân tán ánh sáng.
− Sự ổn định nhũ
Trong mỹ phẩm, khái niệm ổn định được hiểu là sự ổn định trong suốt quá trình lưu trữ và sự ổn định khi sử dụng. Ví dụ, dầu gội đầu phải đảm bảo sự ổn định và hoạt tính trong chai trong suốt thời gian lưu trữ và sử dụng.
Đảm bảo được điều kiện ổn định như ví dụ trên có lẽ không dễ dàng. Tính chất này có liên quan nhiều đến quá trình hình thành kem mỹ phẩm. Có bốn hiện tượng xảy ra đối với hệ không bền: sự nổi kem, kết bông, dính lại và sự đảo pha.
Hiện tượng nổi kem: thường xảy ra đối với nhũ đục, nhũ không đồng nhất, chúng dễ dàng phân tách thành một lớp nhiều dầu ở trên và để lại một lớp ít dầu ớ phía dưới. Những giọt dầu có tỷ trọng thấp nhất nằm lơ lửng trong pha liên tục. Trong nhũ W/O, nếu pha phân tán có khuynh hướng lắng xuống thùng chứa, ta sẽ gặp hiện tượng nổi kem ngược.
Sự thay đổi này có tính thuận nghịch, và nhũ cũ có thể tái tạo bằng cách lắc. Nếu sau khi lắc nhũ cũ không được tái tạo, nghĩa là lúc đó xảy ra hiện tượng kết bông hoặc kết dính.
Hiện tượng kết bông: là hiện tượng dẫn đến sự phá vỡ không thuận nghịch nhũ tương. Trong một hệ kem bình thường, những giọt phân tán sẽ tập trung lại nhưng không liên kết với nhau. Còn trong một hệ nhũ bị kết bông, một số hạt phân tán sẽ tập hợp lại với nhau nhưng vẫn giữ được hình dạng riêng của chúng như những thành phần riêng biệt. Việc tạo ra những tập hợp như vậy sẽ tự động thúc đẩy nhanh hơn tỷ lệ nổi kem và làm tăng kích thước thành phần.
Trong nhũ O/W, sự kết bông là biểu hiện của hiện tượng tích điện không đối xứng trên bề mặt. Sự tương tác mạnh giữa những hạt cầu không đủ lớn để ngăn chặn sự tiến lại gần nhau cũng như sự kết hợp của chúng. Ngoài ra, sự tích điện bề mặt có thể đủ lớn nhưng lại không ổn định.
Sự kết dính: xảy ra sau sự lên bông, khi mà mỗi tập hợp kết hợp lại thành một hạt đơn lớn. Sau quá trình kết bông, tiếp theo hiện tượng kết dính xảy ra và có thể lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi sự phân tách pha xảy ra hoàn chỉnh trong một vài trường hợp, nó có thể dừng lại khi kích thước thành phần đạt một giá trị ổn định, khi đó ta gọi là hiện tượng kết dính giới hạn. Điều này có thể xảy ra khi thiếu chất tạo nhũ và trở nên đối xứng khi diện tích bề mặt bị giảm trong suốt quá trình kết dính.
Khi hai hiện tượng kết bông và kết dính xảy ra liên tiếp nhau thì tỷ lệ toàn bộ nhũ bị phá sẽ phụ thuộc vào những tác nhân tác kích lên giai đoạn chậm nhất. Với những nhũ loãng, tác nhân ảnh hưởng lên sự lên bông là “tỷ lệ xác định”. Vì vậy độ nhớt pha liên tục pha phân tán trở nên quan trọng khi chúng ảnh hưởng lên thành phần hạt phân tán tiến lại gần nhau. Khi chúng tiến lại đủ gần, sự tích điện bề mặt của chúng sẽ trở thành “tỷ lệ điều khiển”. Trong nhũ đặc, những yếu tố ảnh hưởng lên sự kết dính như là sự cố kết của lớp film bề mặt.
Sự đảo pha: xảy ra do nhũ không bền và dẫn đến kết quả thay đổi loại nhũ. Ví dụ, nhũ O/W chuyển thành nhũ W/O.
Thường trong quá trình lưu trữ không xảy ra hiện tượng đảo pha, nhưng có vài loại nhũ có sự đảo pha khi thoa dầu lên da.
Sự đảo nhũ thường xảy ra trong khi sản xuất, khi thêm pha liên tục vào pha phân tán. Vấn đề cơ học liên quan đến sự đảo pha cũng rất được quan tâm.
Ngoài ra, những thay đổi về thể tích pha có thể dẫn đến sự đảo pha. Ví dụ, hệ ong sáp – borax rất dễ bị thay đổi thể tích pha. Nhiệt độ cũng có thể tác động lên thể tích pha tới hạn mà ở đó sự đảo pha bắt đầu xảy ra. Hệ O/W bền ở nhiệt độ cao, sự đảo pha xảy ra ở nhiệt độ thấp. Nói chung, ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự đảo pha có thể liên quan đến độ tan tương đương của chất tạo nhũ vào hai pha chính.