Estabilidad de las Dispersiones Explicada
Figura 1: Las emulsiones como el aceite en agua suelen ser inestables sin la adición de estabilizantes. Esto significa que las gotas más pequeñas de aceite se combinan para formar gotas más grandes con el tiempo. Este proceso se llama coalescencia.
La estabilidad de la dispersión describe cuánto tiempo una dispersión conserva sus propiedades originales. Con el tiempo, varios mecanismos de desestabilización cambian la distribución de partículas en una dispersión. En la práctica, el estudio y la determinación de estos procesos es crucial si las dispersiones deben almacenarse durante largos períodos sin cambiar sus propiedades.
¿Cómo se puede estudiar la estabilidad de las dispersiones?
Las dispersiones son sistemas heterogéneos compuestos por al menos dos fases inmiscibles. La estabilidad de estos sistemas describe el tiempo durante el cual una dispersión conserva sus propiedades originales durante el almacenamiento, lo que se conoce como estabilidad en almacenamiento.
Los científicos, el personal de laboratorio y los desarrolladores de productos suelen investigar la estabilidad de las dispersiones mediante una prueba de vida útil en estantería (shelf-life test).Las muestras se almacenan en las condiciones de almacenamiento específicas para estudiar cuándo los procesos de desestabilización se hacen visibles. Estas pruebas a menudo se realizan a simple vista, lo que las hace subjetivas y solo parcialmente comparables. Además, a menudo se requiere tiempo para que los cambios en la dispersión se vuelvan visibles a simple vista.
Una alternativa es un análisis óptico de estabilidad utilizando un sistema de análisis de estabilidad de dispersión como el MultiScan MS 20 de DataPhysics Instruments. Dicho sistema puede detectar incluso los cambios más pequeños en la dispersión. El software asociado cuantifica los resultados y los hace comparables.
¿Qué procesos pueden afectar la estabilidad de las dispersiones?
Figura 2: Durante el creaming (flotación), los componentes dispersos de menor densidad ascienden. Durante la sedimentación, los componentes dispersos de mayor densidad se hunden.
Varios procesos de desestabilización pueden ocurrir en las dispersiones, causando cambios y afectando su estabilidad. Los procesos importantes de desestabilización incluyen sedimentación, flotación, coalescencia, aglomeración y agregación.
La sedimentación y el flotación ocurren debido a la gravedad y la diferencia de densidad de los diversos componentes de la dispersión. Las partículas o gotas más densas (más pesadas
) se hunden al fondo, formando sedimentos y contribuyendo a la separación de fases. Los dos procesos se muestran esquemáticamente en Figura 2.
Los componentes menos densos (más ligeros
) ascienden en la fase continua, un proceso conocido como flotación. El flotación ocurre, por ejemplo, en dispersiones que contienen gotas de aceite inmersas en agua. La velocidad de sedimentación o flotación depende esencialmente de la diferencia de densidad entre las fases dispersa y continua, el tamaño de las partículas o gotas y la viscosidad de la fase continua.
La coalescencia es un proceso en el que las gotas o partículas de la fase dispersa se fusionan entre sí (ver Figura 3). Esto se debe al llamado movimiento browniano, que provoca colisiones entre las gotas o partículas dispersas. Durante esas colisiones, las partículas dispersas se fusionan y forman un compuesto más grande. Las partículas iniciales se vuelven indistinguibles entre sí. Este proceso conduce a un aumento gradual en el tamaño de las partículas o gotas y puede acelerar posteriormente los procesos de desestabilización como la sedimentación.
La aglomeración y la agregación son procesos similares y a menudo se utilizan indistintamente en la literatura, porque son difíciles de distinguir experimentalmente. En la aglomeración, las partículas o gotas dispersas forman grupos sueltos a través de fuerzas atractivas débiles como las fuerzas de van der Waals, mientras permanecen identificables como componentes individuales (ver Figura 3). Estos grupos generalmente pueden deshacerse mediante influencias mecánicas como agitar la dispersión.
En la agregación, múltiples gotas o partículas forman grupos que se mantienen unidos por fuerzas más fuertes como los enlaces de hidrógeno, lo que los hace más difíciles de separar (ver Figura 3). Sin embargo, no hay una fusión completa como en la coalescencia. Tanto la aglomeración como la agregación pueden ser promovidas por un mayor contenido de sal en la solución, lo que debilita las fuerzas electrostáticas repulsivas entre los componentes.
Figura 3: La coalescencia es un proceso mediante el cual los componentes dispersos se fusionan para formar una unidad coherente. La aglomeración o agregación es un proceso mediante el cual los componentes dispersos forman grupos sueltos.
Estos son los procesos más comunes que afectan la estabilidad de las dispersiones. Además de estos procesos, existen otros como el crecimiento de Ostwald, la deshidratación y la separación de fases por gelificación o cristalización. Estos pueden ocurrir simultáneamente o de forma secuencial. Factores externos o condiciones ambientales, como el pH y la temperatura, también pueden afectar la estabilidad de las dispersiones y, por lo tanto, deben controlarse en los montajes experimentales.
¿Por qué es importante investigar la estabilidad de las dispersiones?
La estabilidad de las dispersiones es crítica en muchas áreas, incluyendo las industrias alimentaria, farmacéutica, cosmética, ambiental y de pinturas. Garantizar que las dispersiones conserven sus propiedades deseadas durante el almacenamiento y uso es esencial para la calidad, eficacia y seguridad de los productos.
A menudo se utilizan sustancias adicionales como aditivos químicos, emulsionantes, estabilizantes o espesantes para garantizar la estabilidad a largo plazo de las dispersiones. Estas sustancias modifican las interacciones entre partículas o gotas, reduciendo la tendencia a la agregación o coalescencia. El control dirigido de estos procesos es beneficioso en muchas aplicaciones para lograr una textura, liberación de medicamentos, sabor o apariencia deseados. Por lo tanto, se lleva a cabo una investigación y desarrollo continuo para desarrollar nuevas estrategias para estabilizar las dispersiones y cumplir con los requisitos de diferentes aplicaciones. En cualquier caso, el análisis cuantitativo de la estabilidad de la dispersión es esencial.
