일반적으로 에멀전의 한 상은 물 또는 수용액으로, 수상이라고 합니다. 다른 상은 물과 섞이지 않는 유기상으로, 오일상이라고 합니다.

1. 분류

세 가지 분류 방법:

1. 출처에 따른 분류: 천연물과 합성물;

2. 분자량에 따라 분류: 저분자량 유화제(c10-c20) 및 고분자량 유화제(c 천)

3. 수용액에서 이온화할 수 있는지 여부에 따라 이온형(음이온, 양이온, 음이온과 양이온)과 비이온형으로 나눌 수 있다.

이것은 가장 일반적으로 사용되는 분류 방법입니다.

 

2. 유화제의 기능과 원리

유화제의 주요 기능은 유화되는 두 액체의 표면 장력을 감소시키는 것입니다. 따라서 계면활성제를 유화제로 ​​사용하면, 소수성기의 한쪽 끝은 불용성 액체 입자(예: 오일)의 표면에 흡착되고, 친수성기는 물 쪽으로 뻗어 나갑니다. 계면활성제는 액체 입자 표면에 방향성을 띠며 배열되어 친수성 흡착막(계면막)을 형성하여 액적 간의 상호 인력을 감소시키고, 두 상 사이의 표면 장력을 감소시키며, 상호 분산을 촉진하여 유화를 형성합니다.

계면활성제의 농도는 계면 마스크의 강도에 직접적인 영향을 미칩니다. 농도가 높으면 계면에 많은 계면활성제 분자가 흡착되어 치밀하고 견고한 계면 마스크를 형성합니다.

유화제마다 유화 효과가 다르며, 최적의 유화 효과를 얻기 위해 필요한 양 또한 다릅니다. 일반적으로 경계면을 형성하는 유화제의 분자력이 강할수록 필름 강도가 높아져 로션의 안정성이 높아집니다. 반대로, 분자력이 약할수록 필름 강도가 약해져 유화제의 안정성이 떨어집니다.

페이셜 마스크에 지방 알코올, 지방산, 지방 아민과 같은 극성 유기 분자가 존재하면 멤브레인의 강도가 크게 향상됩니다. 이는 유화제 분자가 계면 흡착층에서 알코올, 산, 아민과 같은 극성 분자와 반응하여 복합체를 형성하여 계면 마스크의 강도를 높이기 때문입니다.

두 가지 이상의 계면활성제로 구성된 유화제는 혼합 유화제입니다. 분자 간의 강한 상호작용으로 인해 계면 장력이 현저히 감소하고, 계면에 흡착되는 유화제의 양이 현저히 증가하며, 형성된 계면 마스크의 밀도와 강도가 향상됩니다.

에멀젼 형성 과정에서 계면활성제의 작용으로 오일과 물의 계면장력이 크게 감소하여 안정적인 에멀젼이 됩니다. 그러나 에멀젼 내에서는 CMC 또는 용해도 제한으로 인해 오일과 물의 계면장력이 0에 도달하지 못합니다. 따라서 로션은 열역학적으로 불안정한 계입니다.

미세 에멀젼에서 오일과 물 사이의 계면장력은 측정할 수 없을 정도로 낮습니다. 이는 열역학적으로 안정한 계입니다. 이는 주로 완전히 다른 특성을 가진 두 번째 유형의 계면활성제(예: 펜탄올, 헥산올, 헵탄올과 같은 중간 크기의 알코올, 즉 코-계면활성제)를 첨가함으로써 달성됩니다. 이를 통해 계면장력을 매우 낮은 수준으로 더욱 감소시킬 수 있으며, 심지어 순간적으로 음의 값을 나타낼 수도 있습니다. 이는 다성분계에 대한 깁스의 흡착 방정식으로 설명할 수 있습니다.

 

3. 에멀젼의 종류

유형

일반적인 에멀젼은 한 상이 물 또는 수용액이고, 다른 한 상은 기름, 왁스 등과 같이 물에 녹지 않는 유기물입니다. 물과 기름으로 형성된 에멀젼은 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

(a) 수중유형(O'W)
(e) 복합유(W/O/W)
(b) 수중유형(W/O)

(1) 오일/워터(O/W) 에멀젼, 오일이 물에 분산된 형태. 오일은 분산상(내부상)이고, 물은 연속상(외부상)인 오일-워터 에멀젼으로, 물로 희석할 수 있다. 우유, 두유 등이 이에 해당한다.

(2) 물/오일(W/0) 에멀젼, 오일에 물이 분산된 형태. 물은 분산상(내부상)이고 오일은 연속상(외부상)인 오일-물 에멀젼입니다. 이러한 에멀젼은 오일로 희석될 수 있습니다. 예를 들어, 인공 버터, 원유 등이 있습니다.

(3) 고리 모양의 에멀젼은 물과 오일 상을 층층이 번갈아 분산시켜 형성되며, 주로 두 가지 형태가 있다. 오일 인 워터(Oil in Water)와 오일 인 오일 0/W/0(오일 상에 오일 방울이 분산되어 있는 형태)과 워터 인 오일(Water in Oil)과 워터 인 워터 인 워터 W/0/W(오일 상에 물방울이 분산되어 있는 형태)이다. 이러한 유형의 에멀젼은 드물며 일반적으로 원유에 존재한다.

 

에멀젼 종류 확인 방법

(1) 희석방법

연속상과 동일한 액체로 에멀전을 희석합니다. 수용성 에멀전은 오일/물 형태이고, 오일 용해성 에멀전은 물/오일 형태입니다.
예를 들어, 우유는 물에 희석될 수 있지만 식물성 기름과는 섞일 수 없습니다. 우유는 O/W 에멀젼임을 알 수 있습니다.

(2) 전도방식

물과 기름의 전도도는 크게 다르며, 기름/물 에멀전의 전도도는 물/기름보다 수백 배 더 높습니다. 따라서 에멀전 안에 두 개의 전극을 삽입하고 네온을 루프에 직렬로 연결하면 기름/물 램프가 켜집니다.

(3) 염색방법

시험관에 오일 기반 또는 수성 염료 2~3방울을 넣고, 어떤 염료가 연속상을 균일하게 착색시킬 수 있는지에 따라 에멀전의 종류를 판단합니다.

(4) 여과지 적심법

로션을 여과지 위에 떨어뜨립니다. 액체가 빠르게 팽창하고 가운데에 작은 방울이 남아 있으면 로션은 물에 기름이 섞인 형태입니다. 로션 방울이 팽창하지 않으면 물에 기름이 섞인 형태입니다.

(5) 광학 굴절법

물과 기름의 빛에 대한 굴절률 차이를 이용하여 에멀전의 종류를 구분합니다. 만약 에멀전이 물-유적(oil-in-water) 상태라면, 입자는 빛을 모으는 역할을 하며, 현미경으로는 입자의 왼쪽 윤곽만 볼 수 있습니다. 만약 에멀전이 기름-물(water-in-oil) 상태라면, 입자는 비점수차(astigmatism) 역할을 하며, 현미경으로는 입자의 오른쪽 윤곽만 볼 수 있습니다.

에멀젼의 종류에 영향을 미치는 주요 요인

(1)상 볼륨:

위상 부피 이론은 오스트발트(Ostwald)가 기하학적 관점에서 제안했습니다. 이 이론은 로션의 액상 비드가 크기가 같고 단단한 구형이라고 가정할 때, 액상 비드의 위상 부피 분율은 가장 조밀하게 채워졌을 때 전체 부피의 74.02%에 불과하다는 것입니다. 액상 비드의 위상 부피 적분값이 74.02%보다 크면 로션이 변형되거나 손상됩니다.

(a) 균일한 물방울이 풍부한 파일 직조 에멀젼
(b) 불균일한 물방울 밀도 적층 에멀젼
(c) 구형이 아닌 액체 방울은 쌓임과 유화가 필요합니다(불안정)

O/W형 에멀젼을 예로 들면, 오일의 상적분수가 74.02%보다 크면 에멀젼은 W/0형만 형성할 수 있고, O/i형이 25.98%보다 작으면 에멀젼은 W/0형만 형성할 수 있으며, 분율이 25.98%-74.02%이면 0/W형 또는 W0형을 형성할 수 있습니다.

 

유화제의 분자 구조와 특성 - 쐐기 이론

쐐기 이론은 유화제의 공간 구조에 기반하여 유화의 유형을 결정합니다. 쐐기 이론은 유화제에서 친수성기와 소수성기의 단면적이 동일하지 않음을 시사합니다. 유화제 분자는 한쪽 끝이 크고 다른 쪽 끝이 작은 쐐기 모양으로 보입니다. 유화제의 작은 끝은 쐐기처럼 물방울 표면에 삽입되어 기름-물 계면에 방향성을 갖도록 배열될 수 있습니다. 친수성 극성 말단은 수용액 상으로 확장되고, 친유성 탄화수소 사슬은 기름 상으로 확장되어 계면 강도가 증가합니다.

 

유화제 물질이 에멀젼 유형에 미치는 영향

에멀젼 조성 재료 및 에멀젼 형성 조건과 같은 요인의 영향 외에도 외부 조건도 에멀젼 유형에 영향을 미칩니다.예를 들어, 에멀젼 벽의 친수성 및 친유성이 강하고, 에멀젼 벽의 친수성이 강하면 O/W 에멀젼이 형성되기 쉽고, 에멀젼 벽의 친유성이 강하면 W/0 에멀젼이 형성되기 쉽습니다.그 이유는 액체가 벽에 연속적인 상층을 유지해야 하므로 교반 시 액체 비드로 분산되기 쉽지 않기 때문입니다.유리는 친수성인 반면 플라스틱은 소수성이므로 전자는 O/W 에멀젼을 형성하기 쉽고, 후자는 W/0 에멀젼을 형성하기 쉽습니다.

 

두 위상의 응집 속도 이론

합체 속도 이론은 에멀젼을 구성하는 두 종류의 물방울의 합체 속도가 에멀젼에 미치는 영향에서 출발하여, 에멀젼, 샤크, 킬이 함께 수요를 충족할 때, 두 종류의 물방울의 합체 속도는 두 종류의 물방울의 합체 속도에 따라 달라진다고 판단합니다.

 

온도

온도가 상승하면 친수성기의 수화도가 낮아져 분자의 친수성이 감소합니다. 따라서 저온에서 형성된 O/w 에멀전은 가열 시 W/O 에멀전으로 변할 수 있습니다. 이 전이 온도는 계면활성제의 친수성과 친유성이 적절한 평형에 도달하는 온도이며, 상전이 온도(PIT)라고 합니다.

그러나 유화제의 농도가 유화제 물질의 습윤 특성의 영향을 극복할 만큼 충분히 큰 경우, 형성되는 에멀젼의 유형은 유화제 자체의 특성에만 의존하며 혈관 벽의 친수성 및 친유성과는 아무런 관련이 없습니다.