Nhũ tương là một thành phần chất được sử dụng trong nhiều sản phẩm như là thành phần trong các sản phẩm mỹ thuật hay là trong các chất tạo ra nhựa đường phục vụ cho việc xây dựng các cơ sở đường giao thông,…Vậy về bản chất nhũ tương là gì mà có thể sử dụng nhiều tính năng như vậy?
Mục lục bài viết
1. Nhũ tương là gì?
Nhũ tương theo tiếng Latin có nghĩa là vắt sữa, vì cơ bản sữa là một nhũ tương của chất béo trong nước và một số thành phần khác. Bản chất nó là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều chất lỏng không hoà tan được vào nhau, một trong hai có dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, pha còn lại ở dạng pha liên tục.
Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai chất lỏng mà thông thường không hòa tan được vào nhau. Nhũ tương được xem là một dạng phân loại của hệ keo (đôi khi chúng được dùng thay thế cho nhau) và nên được dùng khi cả hai pha, pha phân tán và pha liên tục là chất lỏng. Trong một nhũ tương, một chất lỏng (pha phân tán, pha nội) được phân tán trong một chất lỏng khác (pha liên tục, pha ngoại). Đối với thực phẩm, đa số nhũ tương là các giọt nhỏ có đường kính 0.1 – 100 µm.
Ví dụ: sữa, dầu giấm, bơ, một số chất lỏng trong gia công kim loại và cắt kim loại,…..
Trong tiếng anh Nhũ tương có tên gọi là Emulsion.
2. Phân loại nhũ tương:
Để sử dụng nhũ tương một cách hiệu quả người ta đã tiến hành phân loại các nhũ tương thành các nhóm khác nhau dựa trên các tiêu chí khác nhau; theo đó nhũ tương sẽ phân loại dựa theo các tiêu chí sau đây:
Thứ nhất, Dựa vào pha phân tán: Nhũ tương được chia thành 3 loại:
Nhũ phức: Ở dạng nhũ này, dầu có thể phân tán trong nước của nhũ W/O để tạo ra phức O/W/O (dầu/nước/dầu), tương tự có hệ phức W/O/W (nước/dầu/nước).
Nhũ trong: Hay còn được gọi là vi nhũ. Phần lớn là các loại nhũ đều đục do ánh sáng bị tán xạ khi gặp các hạt nhũ phân tán, khi đường kính của các giọt dầu giảm xuống khoảng 0.5 µm tác dụng của ánh sáng bị tán xạ giảm khi đó nhũ sẽ trong suốt.
Trạng thái keo: Đây là trạng thái trung gian giữa hai trạng thái hoà tan hoàn toàn vào nhũ đục.
Thứ hai, Dựa vào nồng độ thể tích: được chia thành 3 loại:
Nhũ tương loãng: có độ phân tán bé, được chế tạo bằng cách pha loãng nhũ tương đậm đặc.
Nhũ tương đậm đặc: đây là những hệ phân tán lỏng chứa một lượng lớn phân tán, có thể lên đến 74% thể tích. Chúng thường rất dễ sa lắng, nhất là khi có sự khác biệt về khối lượng riêng giữa tướng phân tán và môi trường phân tán cao.
Nhũ tương rất đậm đặc: đây là các hệ lỏng mà trong đó có độ chứa của tướng phân tán vượt quá 74% thể tích.
3. Tính chất của nhũ tương:
Về Tính chất của nhũ tương thì nhũ thể hiện 3 tính chất cơ bản sau đây:
Xét về mặt nhiệt động lực học, nhũ tương được xem là một trong những hệ thống không bền.
Nhũ tương có tính chiết quang: Hai pha có chỉ số khúc xạ như nhau nhưng năng lượng phân tán quang học khác nhau thì sẽ hình thành nhũ trong suốt. Ở nhũ tốt, thường có kích thước phân tán vào khoảng 1µm, độ đục độc lập với nồng độ pha phân tán khi nồng độ pha phân tán lớn hơn 5%.
Nhũ tương có tính dẫn điện: Nếu là Nhũ tương tốt sẽ ít dẫn điện hơn.
4. Sự hình thành của nhũ tương:
Sự hình thành nhũ tương bao gồm sự tăng bề mặt liên pha kèm theo sự tăng năng lượng tự do. Khi sức căng bề mặt liên pha càng nhỏ thì tương ứng với việc hệ nhũ thu được càng dễ dàng.
Trong sự hình thành nhũ tương sẽ luôn luôn kèm theo sự hấp thụ năng lượng cơ học. Bề mặt được tạo ra mang năng lượng tự do mà năng lượng này phụ thuộc chủ yếu vào tổng diện tích bề mặt tiếp xúc và sức căng bề mặt giữa hai pha.
Sức căng bề mặt phân cách pha trong nhũ tương được xem là một yếu tố quan trọng, nó quyết định sự hình thành, độ bền vững của nhũ tương và kích thước của các tiểu phân phân tán.
Diện tích bề mặt tỉ lệ thuận với năng lượng tự do, diện tích bề mặt càng lớn bao nhiêu thì năng lượng tự do càng lớn bấy nhiêu và chủ yếu năng lượng được tập trung trên bề mặt phân cách pha.
Đối với một hệ phân tán như vậy thì sẽ không hơn về mặt nhiệt động học và trong đó sẽ xảy ra các quá trình có xu hướng làm giảm năng lượng bề mặt tự do. Trong đó, chủ yếu là quá trình tập hợp các tiểu phân tán có kích thước bé thành các tiểu phân tán có kích thước lớn hơn và nhũ tương cũng dần dần bị phá huỷ-tách thành lớp.
Diện tích bề mặt phân cách pha sẽ tăng lên rất lớn trong quá trình hình thành nhũ tương, diện tích này càng lớn chứng tỏ sự phân tán càng cao. Nhũ tương sẽ khó hình thành khi năng lượng bề mặt tự do lớn và nếu được hình thành nó cũng sẽ kém bền vững. Biện pháp duy nhất để giảm năng lượng tự do xuống mức thấp nhất là làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha.
Có thể nói, về mặt nhiệt động lực học thì nhũ tương là một hệ thống không bền vững. Vì vậy, để tạo thêm độ bền cho chúng thì có thể thêm các hoạt chất hoạt tính bề mặt, các chất này sẽ ngăn trở hỗn hợp lại tự tách ra thành các phần riêng lẻ
5. Ứng dụng của nhũ tương:
Nhũ tương thực phẩm
Trong đa số các thực phẩm, các giọt nhỏ có đường kính 0.1 – 100 µm.
Một số nhũ tương thực phẩm như sữa, bơ, mayonnaise,…
Phân loại: theo sự phân bố của pha dầu và nước, có 3 loại nhũ tương thường gặp:
– Hệ nhũ tương dầu trong nước: các giọt dầu phân tán trong pha nước như mayonnaise, kem,..
– Hệ nhũ tương nước trong dầu: các giọt nước phân tán trong pha dầu như bơ, các chất để phết lên bánh,..
– Hệ nhũ tương nước trong dầu trong nước (N-D-N): những giọt nước phân tán trong những pha dầu lớn và chính những giọt này lại phân tán trong pha liên tục là nước.
Ngoài ra, phức tạp hơn còn có hệ nhũ tương dầu trong nước trong dầu (D-N-D).
Nhũ tương trong mỹ phẩm
Nhũ trương trong mỹ phẩm có kết cấu lỏng hơn so với kem dưỡng da và đặc hơn essence
Mỹ phẩm chiết xuất dạng nhũ tương có khả năng cung cấp dưỡng ẩm và nước cho da tốt hơn phù hợp với các loại da nhạy cảm, dễ kích ứng.
Phân loại: Có hai loại nhũ tương cơ bản trong mỹ phẩm đó là:
– Hệ nước trong dầu (W/O): Dầu bao quanh nước, dầu tác động lên da trước sau đó đến nước, cả hai đều được hấp thụ vào da.
– Hệ dầu trong nước (O/W): Dầu được bao quanh bởi nước
Nhũ tương có dạng sữa dường, kết cấu lỏng hơn so với kem dưỡng da nhưng đặc hơn so với essence. Những mỹ phẩm chiết xuất dạng nhũ tương có khả năng dưỡng ẩm và cấp nước cho da rất tốt, phù hợp với da nhạy cảm, dễ kích ứng.
Nhũ tương nhựa đường
Nhũ tương nhựa đường là sản phẩm được tạo ra từ quá trình hòa trộn theo tỷ lệ thích hợp nhựa đường đặc với các chất tạo nhũ và nước dưới dạng nhũ ổn định. Nhũ tương nhựa đường có dạng lỏng, màu nâu sẫm và tương đối đồng đều. Nhũ tương nhựa đường được sử dụng làm vật liệu xây dựng trong việc tham gia hoàn thiện các công trình xây dựng.
Phân loại: Nhũ tương nhựa đường có thể chia làm ba nhóm:
– Theo cấu trúc hạt keo, nhũ tương nhựa đường có thể được phân thành: nhũ tương nhựa đường thuận và nhũ tương nhựa đường nghịch.
– Theo tính chất bám dính với đá, nhũ tương nhựa đường được phân thành: nhũ tương nhựa đường tính kiềm và nhũ tương nhựa đường tính axit
– Theo tốc độ phân tách, nhũ tương nhựa đường được chia thành 3 loại là nhũ tương nhựa đường phân tách nhanh, vừa và chậm.
Ở Việt Nam, nhũ tương nhựa đường thuận tính axit được sử dụng phổ biến nhất.
Nhũ tương nhựa đường được dùng làm vật liệu trong thi công trình giao thông. Ở dạng lỏng, chúng được dùng để tưới mặt đường hoặc làm các lớp dính bám giữa hai lớp bê tông nhựa.
Nhũ tương trong thuốc
Nhũ tương thuốc là dạng thuốc lỏng hoặc mềm dùng để uống, tiêm hoặc dùng ngoài, được điều chế bằng cách sử dụng các chất nhũ hóa để trộn đều hai chất lỏng không đồng tan được gọi theo quy ước là:
Dầu (bao gồm các dầu, mỡ, sáp, tinh dầu, chất nhựa và những dược chất không tan trong nước) và
Nước (bao gồm nước cất, nước thơm, nước sắc, nước hãm hoặc các dung dịch nước của các dược chất, v.v…).
Trong nhũ tương thuốc, một trong hai chất lỏng là pha phân tán hoặc pha nội, ở dạng tiểu phân có đường kính từ 0,1µm trở lên, phân tán đều trong chất lỏng kia gọi là môi trường phân tán hoặc pha ngoại.
Phương pháp điều chế: Tùy theo điều kiện trang thiết bị, nhũ tương có thể được điều chế bằng cách:
Điều chế nhũ tương đậm đặc với chất nhũ hóa, dược chất lỏng và lượng vừa đủ pha ngoại, sau đó pha loãng nhũ tương đậm đặc với pha ngoại.
Hòa tan chất nhũ hóa vào pha ngoại, sau đó cho dược chất lỏng vào từ từ vừa dùng lực gây phân tán mạnh để nhũ hóa.
Cần cho thêm các chất bảo quản thích hợp vào nhũ tương do pha nước là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc. Hiệu lực của các chất bảo quản trong thành phẩm phải được kiểm tra.
