GB/T 41316-2022 分散体系稳定性表征指导原则

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ICS19.120
CCS A 28
中华人民共和国国家标准
GB/T41316-2022/ISO/TR13097:2013
分散体系稳定性表征指导原则
Guidelines for the characterization of dispersion stability

(ISO/TR13097:2013,IDT)
2022-03-09发布 2022-10-01实施
国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会 发布

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1范围
本文件给出了液态分散体系(如悬浊液、乳浊液、泡沫以及其混合物)稳定性表征应用的指导原则,包括:稳定性原理、分散体系状态变化的表征和预测分散体系货架期等内容。
本文件适用于液相分散体系不稳定性的排序、鉴别和量化等方法的选择。
本文件可应用于新产品设计、现有产品优化、产品生产及使用过程中的质量控制。本文件中分散体系稳定性用一定时间内一个或多个物理性质的变化来定义。稳定性可以实时观测和测定,也可以通过稳定性相关的物理量变化来预测。对于特别稳定的分散体系,可用合理地加速物理变化或加速老化的方法来缩短测定时间。估算产品的货架期,既要观测产品物理性质的变化速率,还要考虑用户对产品的要求。
2规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
团聚agglomeration
分散体系里颗粒在弱物理作用力相互作用下聚在一起,形成松散的内聚结构。
注1:团聚是一个可逆过程,
注2:与凝聚和絮凝词义相近。
[来源:ISO14887:2000,3.1,有修改英文术语变更;IUPAC Gold Book,有修改]

3.2
聚合aggregation
颗粒聚集成坚固的结构。
注1:聚合是不可逆过程,
注2:形成聚合体的聚集力是强大的,比如共价键或由烧结或聚合物物理缠绕形成的力。
注3:“聚合”和“团聚”常被混用,
[来源:ISO14887:2000,3.2,有修改—英文术语变更;ISO26824]
3.3
聚并coalescence
两个颗粒接触时边界的消失(通常是液滴或气泡),或者一个颗粒融入颗粒群发生形状改变导致总面积减少的现象。
注:聚并导致乳浊液的絮凝,也就是聚合体的形成。
[来源:IUPAC Gold Book2]

3.4
乳析creaming
由分散相(液滴)的密度低于连续相的密度而造成的乳浊液中分散相的上升(分离)。
注:因为颗粒运动方向和作用力方向相反,乳析速度带负号,
3.5
分散体系dispersion
任何不连续相(固体、液体或气体)分散在不同成分或状态的连续相中形成的微观多相体系。
注:固体分散在液体里的分散体系称为悬浊液,分散体系包括两种或两种以上的液相称为乳浊液,既有固体也有液体分散在液态连续相里称为悬乳液。
[来源:Hackley et al.[好;IUPAC Gold Book[],有修改]
3.6
分散体系稳定性dispersion stability
分散体系保持其初始性质或状态不随时间改变的能力。换言之,分散体系的品质在一定时间内不发生改变。
注:在此定义下,团聚或乳析代表分散体系稳定性的丧失。
[来源:IUPAC Gold Book2]
3.7
絮凝flocculation
分散体系里的颖粒由弱物理作用力聚集在一起,形成松散的内聚结构。
注1:絮凝经常用于表述加人絮凝剂(聚合物、电解质)促使团聚形成的现象。
注2:见3.1,
3.8
上浮flotation
当分散体系中颗粒密度低于连续相密度时,固体分散相向液态连续相顶端迁移的过程。
注:促进上浮可采用粘附气泡(如溶气浮选)或选用亲脂性表面活性剂(如选矿),

3.9
颗粒particle
有明确物理边界的微小物质。
注1:物理边界也可以看成为界面。
注2:颗粒可作为整体移动,
[来源:ISO14644-5:2004,3.1.7,有修改—注1不同,新增注2;ISO/TS27687:2008,有修改——注1和注2有变化,删除注3]
3.10
奥氏熟化Ostwald ripening
小颗粒溶解并在较大颗粒的表面重新沉积的过程。
注:此过程发生的原因是较小颗粒有较高的表面能和较高的总吉布斯自由能,因而有明显的较高的溶解度。
[来源:IUPAC Gold Book]
3.11
相转化phase inversion
由体系的特性、体积比及能量输入所导致的液-液分散体系(乳浊液)相互换的现象,即分散相自发地变成了连续相,反之亦然。
[来源:Yeo et al.]

3.12
相分离phase separation
宏观均齐的悬浮液、乳浊液或泡沫分离成两个或多个新相的过程。
[来源:Yeo et al.]
3.13
沉降sedimentation
由于分散相密度高于连续相密度产生的分散相的向下移动沉淀(分离)的现象。分散相在容器底部
的累积证明沉降发生。
注:如果液态分散相(乳浊液)的密度大于连续相的密度,液滴会沉降,如油包水乳剂。
[来源:IUPAC Gold Book[]
3.14
货架期shelf life
产品(分散体)贮存推荐时长。此期间内,产品在预期(或指定)的分销、储存、展示和使用条件下,其
特定品质特性保持可接受状态。
[来源:Gyeszly]
4稳定性原理
4.1概述
稳定性是指分散体系在指定条件或类似条件下贮存和使用一段时间后,稳定性指标保持值范围内的能力。因此,稳定性指标取决于其应用。例如,化妆品乳液三年内如没有可以观察到的油相出现便可认为是稳定的,而天然果汁有果肉沉淀并不影响品质。由于与稳定性相关现象的复杂性,没有一个通用的方法或技术可以量化所有体系的稳定性。因此,稳定性有必要确定以下定义:
a)稳定性指标:根据产品特定品质要求确定的用于表征稳定性的分散体系的状态属性或行为;
b)稳定性判据:与产品初始状态相比较,可接受的偏差。
货架期依据稳定性指标的变化来确定。通常来说,指标变化快意味着货架期短。
对于特别稳定的产品,为了获取预定的稳定性判据,需要使用高分辨率或敏感的分析技术,也可以使用加速变化的方法。由于液体分散体系的物理性质、物理化学性质以及化学性质相互关联,不同产品选择不同的、经过验证的加速方法。
4.2分散体系稳定性的特性表征
一般而言,分散体系是热力学不稳定的。如果一个分散体系状态变化率足够低,它呈现出的是动力学稳定。动力学稳定性的提升可通过静电稳定、空间位阻、静电空间阻碍或颗粒包覆等方法实现,也可以通过向连续相添加超细固体颗粒乳化剂或流变添加剂来实现。
分散体系稳定性取决于诸多相互关联的物理、物理化学及化学参数,其属性非常复杂。稳定性参数可分类如下:
a)分散相的质量浓度或体积浓度(如:空间均一性,稀释或浓缩);
b)连续相的状态(如:密度、黏度、表面张力、化学势、溶剂质量);
c)分散相的状态(如:粒径、粒形和密度分布,液滴的黏度、颗粒形变、颗粒表面结构);
d)颗粒/液滴间相互作用力(如:静电力和范德华力、空间阻力和耗散力);
e)分散相和连续相间相互作用(如:润湿性、界面张力、表面和体积流变学、溶解性、可溶性、网状结构形成)。
分散体系中分散相的体积浓度是所有产品设计的一个基本要素,在整个产品的全生命周期中,体积浓度保持均一。总而言之,体积浓度越高其物理稳定性就越高(例如:相分离很少)。
配方设计师要根据应用或客户对产品技术参数及分散体系稳定性的要求研发产品,为此需确定分散相状态(如:粒度分布、粒形、密度匹配、大尺寸颗粒限制、表面电荷和表面包覆)和连续相适合的行为。
传统上,主要采用静电空间阻碍的方法。现在,创新产品中常用聚合物添加剂以使连续相适应其产品要
求。分散体系稳定性两个本质的问题是颗粒颗粒间以及分散相连续相间的相互作用。调节颗粒间相互作用是稳定分散体系的重要手段。静电空间位阻、空间位阻和空位稳定等方法或这些方法的组合都是常用方法。这些方法的理论基础是经典的DLVO理论(Derjaguin、Landau、Verwey、Overbeek)和近来扩展的DLVO理论。一般而言,两颗粒间特定的相互作用能(如:双层相互作用、范德华引力、空间相互作用力)是颗粒间距的函数。颗粒相互作用的特定性质取决于其间的距离。不同的相互作用能可相互叠加,因此,能量-距离曲线可用来对稳定性进行评估。强调:时下产品(如:油漆、营养悬乳液、多功能化妆品乳液)常含有数种分散相,其连续相也可能含有数种成分。
分散体系的复杂结构决定了由单一参数来表征和预测分散体系状态稳定性通常是不充分的。
4.3分散体系状态的变化
图1和图2分别是分散相状态和/或分散体系均一性随时间变化的一级不稳定现象和二级不稳定现象机理图。这些都是稳定性丧失的标志,而且只要时间足够长,分散体系都可能出现肉眼即可以观察到的相分离。列出这些不稳定机理图只为简明扼要地说明现象,实际中并不容易区分。

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