Dispersioni colloidali e come misurarne la stabilità

Una dispersione colloidale è composta da particelle solide, liquide o gassose disperse in una fase continua (solida, liquida o gassosa). Il termine "colloidale" si riferisce a particelle con almeno una dimensione compresa tra 1nm e 1µm. Le dispersioni colloidali più diffuse sono quelle solido-liquido (sospensioni), liquido-liquido (emulsioni), gas-liquido (schiume) e solido-gas (aerosol).

Le dispersioni colloidali sono sistemi intrinsecamente instabili dal punto di vista termodinamico perché tendono a minimizzare l'energia superficiale. Pertanto, la stabilità di un sistema colloidale è inevitabilmente legata a una nozione di tempo, definita dal processo, dall'uso e dall'applicazione in questione.

Analisi delle dimensioni delle particelle - Panoramica di prodotto

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Stabilità delle dispersioni colloidali

Si possono distinguere due categorie di stabilità: la stabilità colloidale e la stabilità gravitazionale.

1. La stabilità colloidale si riferisce alla variazione delle dimensioni delle particelle (ad esempio, aggregazione o agglomerazione). Se le particelle non sono soggette a variazioni dimensionali, la dispersione è considerata colloidalmente stabile. Pertanto, la stabilità colloidale dipende da diversi tipi di interazioni, quali:

Interazioni Van der Walls ed elettrostatiche (teoria classica Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO))
Interazioni steriche (ad esempio, adsorbimento di polimeri)
Effetto idrofobico

2. La stabilità gravitazionale si riferisce alla capacità delle particelle di resistere alla migrazione delle particelle (ad esempio, alla sedimentazione o alla cremazione) e dipende principalmente dalle proprietà reologiche della dispersione colloidale, come la viscosità e la densità della fase continua, le dimensioni e la densità della particella. Per le particelle colloidali diluite in un fluido newtoniano, questo fenomeno di migrazione può essere descritto dalla legge di Stokes.

La sedimentazione viene talvolta confusamente considerata come instabilità colloidale.

Ad esempio, una dispersione di particelle in un solvente può essere stabile dal punto di vista colloidale (non si verificano cambiamenti nelle dimensioni delle particelle) mentre è instabile dal punto di vista gravitazionale (le particelle si depositano a causa della densità non corrispondente a quella del solvente).

Vale la pena notare che la destabilizzazione della dispersione colloidale può portare all'instabilità gravitazionale (le particelle più grandi iniziano a depositarsi rapidamente).

Come misurare la stabilità della dispersione colloidale?

La dispersione elettroforetica della luce (Electrophoretic light scattering - ELS) è una tecnica comunemente utilizzata per valutare il potenziale di stabilità di una dispersione. L'ELS consente di misurare il potenziale zeta di una dispersione, che fornisce informazioni sulle interazioni elettrostatiche e, per estrapolazione, sulla loro tendenza ad agglomerarsi. Il potenziale zeta è un indicatore affidabile della stabilità della dispersione, ma diversi parametri come gli effetti sterici, la sedimentazione o gli effetti idrofobici hanno una forte influenza. Di conseguenza, basarsi sui valori del potenziale zeta può solo portare a false interpretazioni di stabilità, ad esempio nel caso di nanoparticelle metalliche in mezzi complessi, sol di silice acquosa ed emulsioni di olio in acqua.
La tecnica SMLS offre solidi vantaggi per la caratterizzazione dei fenomeni di destabilizzazione. La stabilità gravitazionale e colloidale delle dispersioni può essere valutata con una manipolazione minima del campione. Inoltre, i risultati si ottengono analizzando le formulazioni nel loro stato nativo, garantendo così la rappresentatività dei risultati.

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