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胶体分散体以及如何测量其稳定性

胶体分散体由分散在连续相(固体、液体或气体)中的固体、液体或气体颗粒组成。“胶体”是指至少具有一个尺寸范围从 1nm 到 1μm 的颗粒。最常见的胶体分散体是固液(悬浮液)、液-液(乳液)、气-液(泡沫)和固-气(气溶胶)分散体。

胶体分散体本质上是热力学不稳定的系统,因为它们往往会使表面能最小化。因此,胶体系统的稳定性不可避免地与时间概念相关联,该概念由所涉及的过程、使用和应用定义。

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胶体分散体的稳定性

稳定性分为两类:胶体稳定性和重力稳定性。

1.      胶体稳定性 与粒径变化(例如,聚集或团聚)有关。如果颗粒不受粒度变化的影响,则分散体被认为是胶体稳定的。因此,胶体稳定性取决于几种类型的相互作用,例如:

  • Van der Walls 和静电相互作用(经典 Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) 理论)
  • 空间相互作用(例如,聚合物吸附)
  • 疏水效应
2.      引力稳定性是指颗粒抵抗颗粒迁移(例如,沉降或乳化)的能力,主要取决于胶体分散体的流变特性,例如连续相的粘度和密度、颗粒的大小和密度。对于牛顿流体中的稀释胶体颗粒,这种迁移现象可以用斯托克斯定律来描述。

沉降有时被混淆地认为是胶体不稳定性。

例如,溶剂中的颗粒分散可以是胶体稳定的(颗粒大小没有变化),而它在重力上是不稳定的(由于与溶剂的密度不匹配,颗粒会沉降)。

值得注意的是,不稳定的胶体分散会导致引力不稳定(较大的颗粒开始迅速沉降)。

如何测量胶体分散稳定性?

Electrophoretic light scattering (ELS) is a common technique used to evaluate the potential of dispersion to remain stable. ELS allows measuring the zeta potential of a dispersion, which provides information about electrostatic interactions and, by extrapolation, their tendency to agglomerate. The zeta-potential is a reliable indicator of dispersion stability, but several parameters such as steric effects, sedimentation, or hydrophobic effects, will also have a strong influence. Consequently, relying on zeta-potential values can only lead to false stability interpretations, for example, with metal nanoparticles in complex media, aqueous silica sol, and oil in water emulsions.

The SMLS technique offers solid advantages for the characterization of destabilizing phenomena. Both gravitational and colloidal stability of dispersions can be assessed with minimal sample handling. More importantly, results are obtained by analyzing formulations in their native states, thus ensuring the representativity of the results.

At Microtrac, we propose a range of SMLS-based devices, Turbiscan , that provide quantitative stability analysis up to 1,000 times faster than conventional tests. If you would like any more information, please do not hesitate to contact us .

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