3.5.1 Cơ sở về tính ổn định của nhũ tƣơng
Khi dầu đƣợc cho vào nƣớc, lực liên kết giữa dầu và nƣớc khơng đáng kể so với lực liên kết giữa các phân tử cùng loại, do đĩ cĩ sự phân lớp xảy ra nhanh chĩng. Bằng cách lắc mạnh hay khuấy cĩ thể làm hỗn hợp dầu và nƣớc tạo nhũ tƣơng, lắc càng mạnh thì kích thƣớc hạt phân tán càng nhỏ. Tuy nhiên, trƣớc sau gìthì các hạt phân tán cũng lớn lên thấy rõ và chúng
sẽ kết tụ lại thành 2 lớp ban đầu. Nắm đƣợc nguyên nhân của quá trình nhũ hĩa và quá trình kết tụ là điều kiện cần thiết khi nghiên cứu hay tìm hiểu về hệ nhũ. Cĩ 2 quan điểm mơ tả hiện tƣợng này cĩ tính bổ sung cho nhau: quan điểm cơ học và quan điểm nhiệt động học.
3.5.1.1 Mơ hình cơ học
Khi hỗn hợp dầu và nƣớc gồm 2 lớp bị lắc tạo lốc xốy. Lực cắt của xốy lốc này sẽ phân cắt các pha thành các khối cầu phân tán vào nhau. Lực cắt này bị chống lại bởi sức căng bề mặt tại mặt tiếp xúc giữa hạt và khối chất lỏng. Khi kích thƣớc hạt giảm xuống nĩ cần những xốy lốc nhỏ hơn. Vì vậy, kích thƣớc sau cùng của giọt phụ thuộc gần nhƣ chỉ vào sức căng bề mặt của mặt phân cách và mức độ xáo trộn hình thành trong pha liên tục.
Trong khi các hạt của pha phân tán phân chia thì đồng thời một số chúng cùng kết tụ lại. Quá trình kết tụ cĩ thể bao gồm 2 giai đoạn :
+ Giai đoạn 1: các giọt cùng pha phải tiến đến gần đƣợc nhau để va chạm vào nhau nhƣng cĩ rất ít va chạm tạo kết hợpngay (va chạm hoạt động). Lớp ngăn chách giữa hai hạt va chạm cĩ thể làm cho chúng bật ra.
+ Giai đoạn 2: khi các hạt tiến đến gần nhau, giữa chúng sẽ xuất hiện lực hút phân tử (Vander Waals) làm chúng hút nhau. Do lực hút giữa các phân tử trong nội bộ hạt lớn hơn sức căng bề mặt giữa hai pha, hai hạt trong pha phân tán kết hợp nhau. Mức độ dễ dàng của quá trình kết tụ tăng dần theo kích thƣớc hạt.
3.5.1.2Sự mơ tả nhiệt động:
Khi một chất bị phân tán ở trạng thái phân chia nhỏ nhất trong chất khác, diện tích bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha sẽ lớn vƣợt bậc. Vì hệ chỉ bền khi mức năng lƣợng ổn định (cực tiểu) nên các hạt nhỏ cĩ khuynh hƣớng kết tụ tạo thành hạt lớn – giảm sức căng bề mặt – giải phĩng năng lƣợng dƣ ra ngồi và đƣa hệ về dạng phân lớp ban đầu.
3.5.2 Các yếu tố ảnh hƣởng độ bền nhũ:
* Anh hƣởng của sự tích điện:
- Đối với chất nhũ hĩa ion (anion hay cation) trong mơi trƣờng nƣớc sẽ tích điện trên bề mặt của giọt dầu, do đĩ chính lực đẩy nhau của các điện tích cùng dấu trên các hạt giúp
chống lại quá trình kết tụ. Từ đây cho thấy rằng điều kiện ổn định lý tƣởng khi tồn bộ lớp màng phân cách đều đƣợc bao bọc bởi các điện tích.
- Đối với chất nhũ hĩa khơng ion, sự tích điện cùng xuất hiện khi hai chất lỏng cĩ hằng số điện mơi khác nhau bị trộn lẫn. Khi đĩ chất cĩ hằng số điện mơi cao hơn mang điện tích dƣơng và ngƣợc lại.
* Lƣợng chất nhũ hĩa: phải cĩ lƣợng vừa đủ lƣợng chất tạo nhũ để tại ra ít nhất 1 lớp phủ trên bề mặt giọt phân tán. Thơng thƣờng độ ổn định cĩ thể đƣợc cải thiện bởi 1 lƣợng chất tạo nhũ vƣợt hơn mức độ cần thiết tối thiểu.
* Sự định hƣớng của pha: ảnh hƣởng của giá trị HLB của hệ chất nhũ hĩa đĩng vai trị rất lớn. Rõ ràng pha cĩ sức căng bề mặt lớn cĩ khuynh hƣớng tạo bề mặt cĩ hình lịng chảo, nĩ sẽ trở thành pha phân tán. Nếu sức căng bề mặt trên bề mặt pha bằng nhau hoặc gần bằng thì sự đảo pha xảy ra rất dễ dàng. Ngƣời ta thấy rằng cĩ 1 giá trị HLB mà tại đĩ sự đảo pha xảy ra rất dễ.
* Tỉ lệ dầu và nƣớc: tỉ lệ này đƣợc xem nhƣ 1 thơng số để cảm nhận sự xuất hiện nhũ và độ nhớt, nĩ cịn ảnh hƣởng đến độ bền. Nếu pha phân tán chiếm tỉ lệ cao (cĩ rất nhiều giọt) va chạm cĩ hiệu quả sẽ tăng lên và khoảng cách trung bình mà các giọt đến gặp nhau đƣợc giảm xuống. Tất cả điều này gia tăng khả năng kết tụ.
* Nhiệt độ: khi đã dùng đúng chất nhũ hĩa thì nhiệt độ là yếu tố quan trọng để cĩ 1 hệ nhũ tƣơng bền tối ƣu. Độ tan của chất nhũ hĩa trong hệ phụ thuộc vào nhiệt độ, nĩi cách khác, giá trị HLB phụ thuộc vào nhiệt độ. Vì vậy, sự thay đổi nhiệt độ cĩ thể làm giảm độ bền của nhũ.
* Độ nhớt của mơi trƣờng phân tán. * Sự phối hợp các chất nhũ hĩa.
3.5.3 Các biện pháp làm bền nhũ
* Sự lựa chọn giá trị HLB tối ƣu.
* Độ ẩm: một yếu tố khác để làm bền cho loại nhũ O/W là thêm vào các chất làm ẩm để tránh bị khơ khi tiếp xúc với khơng khí. Sự khơ của sản phẩm –mà kết quả là sự phá vỡ nhũ tƣơng, phụ thuộc vào nhiệt độ của sản phẩm, mức độ tiếp xúc với khơng khí và độ ẩm tƣơng đối của khơng khí. Chất làm ẩm là các vật liệu hút ẩm cĩ tính chất hút hơi nƣớc từ khơng khí ẩm cho đến khi đạt cân bằng. Chất làm ẩm chắc chắn khơng loại đƣợc sự khơ sản phẩm. Nồng
độ của chất làm ẩm trong pha nƣớc của một sản phẩm mỹ phẩm điển hình thƣờng quá thấp khơng thể cân bằng với độ ẩm khơng khí. Tất cả những gì chất làm ẩm cĩ thể làm đƣợc là làm giảm độ mất nƣớc vào khơng khí và hiệu quả này nên tăng cƣờng bằng việc bao gĩi kín. Hiện nay cĩ 3 chất làm ẩm đƣợc sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp mỹ phẩm là glyceryl, sorbital, propylen glycol. Etylen glycol đƣợc xem là khơng an tồn vì nĩ bị ơ - xi hĩa bởi acid oxalic và bất cứ sự hấp phụ nào qua da cũng cĩ thể gây ra sỏi thận. Glyceryl bị đặt vấn đề cĩ khả năng hút ẩm từ da.
* Phƣơng thức sản xuất: sự định hƣớng nhũ phụ thuộc vào cách khuấy và tốc độ khuấy, với tốc độ khuấy đã cho cĩ 1 tỉ lệ thể tích mà trên mức này thì pha nặng là phân tán cịn dƣới mức này là pha nhẹ là pha phân tán. Giữa giới hạn 2 chiều này ( vùng chƣa ổn định) cho thấy cĩ hiện tƣợng trễ. Do vậy, nếu nƣớc đƣợc thêm vào nhũ tƣơng W/O ổn định lại 1 tốc độ khuấy khơng đổi thì cuối cùng sẽ đảo pha tại 1 giới hạn tỉ lệ thể tích thấp hơn. Nếu thêm dầu vào, khi qua vùng chƣa ổn định, quá trình nghịch đảo sẽ xảy ra nếu giới hạn trên xuất hiện. Khi tốc độ khuấy tăng điểm đảo pha của mọi tỉ lệ thể tích cĩ khuynh hƣớng tăng đến 1 giá trị khơng đổi phụ thuộc vào cách khuấy. Lƣu ý rằng với cùng thể tích pha bằng nhau, ở tốc độ khuấy cao, pha nặng cĩ khuynh hƣớng là pha liên tục.
3.6 MỘT SỐ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT ĐƢỢC ỨNG DỤNG LÀM CHẤT NHŨ HĨA O/W
HLB Value = 0.5 Chemical description Trade name
8.6 Sorbitan monolaurate Ariacel 20
Armotan ML Drewmuise SML Emasol 110 Emsorb 2515 Glycomul Hodag SML Span 20 8.8 Poivoxyethviene (5) nonyl phenol T-Det N-4 8.8 Poivoxyethviene (5) monooleate Ethofat 0/15
8.8 PEG 400 dioleate Emerest 264B Hodag 42-0 Pegosperse 400 – DO Tegester PEG 400 – DO 9.0 Polyoxyethylene (5) monostearate Ethofat 60/15
9.0 Polyoxyethylene poiyol fatty
acid ester Arlatone T
9.1 Polyoxyethylene (5) oieyl ether Arosufl JL-457 9.6 Polyoxyethylene (4) sorbitan monostearate Glycosperse S-4 Tween 61
9.6 PEG 400 dilaurate Emerest 2652
Hodag 42-L Kesso 182D46 Pegosperse 400 DL
9.7 Polyoxyethylene (4) lauryl
ether Brij 30 Ethosperse LA-4 Glycosperse LA-4 10.0 Polyoxyethylene (5) sorbitan monooieate Emsorb 6901 Glycosperse 0-5 Sorbinox 0-5 Tween 81
10.0 Polyoxyethylene (5) laurate Arosufl MFL-418
Ethofat C/15
10.4 PEG 300 monooleate Neutronyx 834
10.4 PEG 600 dioleate Hodag 62-0
10.5 PEG 600 distearate Hodag 62-S
S 1013 10.5 Polyoxyethylene (20) orbitan tristearate Armotan PTS-20 Emorb 6907 Glycosperse TS-20 Hodag PSTS-20 Sorbinox TS-20 Tween 65 10.8 Polyoxyethylene fatty glyceride Arlatone G 11.0 Polyoxyethylene (20) orbitan trioleate Emsorb 6903 Hodag PSTO-20 Sorbinox TO-20 Tween 85
11.0 Glycerol monostearate, sefl-
emulsifying
11.0 Polyoxyethylene lanolin derivative
CHƢƠNG 4 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ CÁC HỆ BỌT