Устойчивость аэрозольных систем определяется способностью дисперсной фазы сохранять свои физико-химические свойства во времени без заметного оседания, слипания частиц или коагуляции. Аэрозоли представляют собой сложные коллоидные системы, где твердые или жидкие частицы находятся в газовой среде. Стабильность этих систем определяется взаимодействием между частицами, свойствами дисперсионной среды и внешними факторами, такими как температура, давление и механическое воздействие.
1. Размер и распределение частиц. Меньшие частицы обладают большей устойчивостью за счет значительной роли броуновского движения, препятствующего оседанию. Широкий спектр размеров ведет к более высокой вероятности коагуляции, особенно между крупными и малыми частицами.
2. Поверхностные свойства частиц. Полярность, гидрофобность или гидрофильность, а также наличие функциональных групп на поверхности частиц определяют силу межчастичных взаимодействий. Частицы с одноименным зарядом на поверхности испытывают кулоновское отталкивание, что повышает стабильность системы.
3. Электростатическая стабилизация. Наличие заряда на поверхности частиц создает электрический двойной слой, препятствующий их сближению и агрегации. Эта форма стабилизации особенно важна для коллоидных аэрозолей с водной дисперсионной средой.
4. Стерическая стабилизация. Присутствие адсорбированных на поверхности полимеров или поверхностно-активных веществ формирует физический барьер, предотвращающий слипание частиц. Стерическая стабилизация эффективна для частиц разных размеров и форм, особенно в органических аэрозолях.
5. Влияние среды. Ионная сила, рН, полярность растворителя и вязкость среды напрямую влияют на взаимодействие частиц. Высокая вязкость замедляет диффузию частиц и коагуляцию, повышая устойчивость.
6. Температурные факторы. Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию частиц, ускоряя процессы столкновения и агрегации. Низкие температуры, напротив, снижают броуновское движение, что может приводить к оседанию крупных частиц.
1. Седиментация и оседание. Под действием силы тяжести частицы постепенно оседают, особенно крупные (>1 мкм), образуя осадок. Скорость седиментации определяется плотностью частиц, размером и вязкостью среды (уравнение Стокса).
2. Коагуляция и агрегация. Столкновения частиц приводят к их слипанию. Коагуляция ускоряется при высокой концентрации частиц и низкой электрической стабилизации. В аэрозолях с водной средой электролиты могут экранировать заряды, усиливая агрегацию.
3. Испарение дисперсионной среды. В жидких аэрозолях потеря растворителя приводит к увеличению концентрации частиц и их взаимодействий, что снижает стабильность.
4. Химическая деградация частиц. Окисление, гидролиз или другие химические реакции могут изменять свойства поверхности, приводя к агрегации и разрушению аэрозоля.
1. Контроль заряда и адсорбция стабилизаторов. Использование ионных или полимерных стабилизаторов формирует электрическую или стерическую защиту. Выбор стабилизатора зависит от природы дисперсной фазы и среды.
2. Оптимизация размера и распределения частиц. Уменьшение средней величины частиц и узкое распределение повышают устойчивость за счет уменьшения седиментации и коагуляции.
3. Влияние среды. Регулирование вязкости, рН и ионной силы замедляет процессы разрушения. Введение загустителей увеличивает время жизни аэрозоля.
4. Физико-химические методы обработки. Использование ультразвука для диспергирования частиц, стабилизация с помощью микрокапсулирования и модификация поверхности частиц повышают долговременную стабильность.
Для количественной оценки применяют следующие методы:
Высокая устойчивость аэрозольных систем достигается комплексным воздействием физических, химических и коллоидных факторов, что обеспечивает сохранение дисперсной структуры и предотвращение разрушения при длительном хранении и эксплуатации.