Colloidal Dispersions and How to Measure Their Stability

A colloidal dispersion is composed of solid, liquid, or gas particles dispersed in a continuous phase (solid, liquid, or gas). “Colloidal” refers to particles with at least one dimension ranging from 1nm to 1µm. The most encountered colloidal dispersions are solid-liquid (suspensions), liquid-liquid (emulsions), gas-liquid (foams), and solid-gas (aerosols) dispersions.

Colloidal dispersions are inherently thermodynamically unstable systems because they tend to minimize surface energy. Hence, the stability of a colloidal system is inevitably linked to a notion of time, defined by the process, use, and application involved.

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Stability of colloidal dispersions

Two stability categories can be distinguished: colloidal stability and gravitational stability.

1. Colloidal stability relates to particle size change (e.g., aggregation or agglomeration). If particles are not subject to size variation, the dispersion is considered colloidally stable. Hence, colloidal stability depends on several types of interactions such as:

Van der Walls and electrostatic interactions (classical Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory)
Steric interactions (e.g., polymer adsorption)
Hydrophobic effect

2. Gravitational stability refers to the ability of particles to resist particle migration (e.g., sedimentation or creaming) and mainly depends on the rheological properties of the colloidal dispersion such as viscosity and density of the continuous phase, size, and density of the particle. For diluted colloidal particles in a Newtonian fluid, this migration phenomenon can be described by Stokes' law.

Sedimentation is sometimes confusingly considered as colloidal instability.

For example, a particle dispersion in a solvent can be colloidally stable (there is no change in particle size) while it is gravitationally unstable (particles settle due to unmatched density with the solvent).

It is worth noting that destabilizing colloidal dispersion can lead to gravitational instability (larger particles start to settle quickly).

How to measure colloidal dispersion stability?

O espalhamento de luz eletroforético (ELS) é uma técnica comum usada para avaliar o potencial de dispersão para permanecer estável. O ELS permite medir o potencial Zeta de uma dispersão, que fornece informações sobre interações eletrostáticas e, por extrapolação, sua tendência à aglomeração. O potencial Zeta é um indicador confiável de estabilidade de dispersão, mas vários parâmetros, como efeitos estéricos, sedimentação ou efeitos hidrofóbicos, também terão forte influência. Consequentemente, confiar em valores de potencial Zeta só pode levar a falsas interpretações de estabilidade, por exemplo, com nanopartículas metálicas em meios complexos, sol de sílica aquoso e emulsões de óleo em água.

A técnica de SMLS oferece vantagens sólidas para a caracterização de fenômenos de desestabilização. A estabilidade gravitacional e coloidal das dispersões pode ser avaliada com o mínimo de manuseio da amostra. Mais importante ainda, os resultados são obtidos através de análise das formulações em seus estados nativos, garantindo assim a representatividade dos resultados.

Na Microtrac, propomos uma gama de dispositivos baseados em SMLS, Turbiscan, que fornecem análises quantitativas de estabilidade até 1.000 vezes mais rápidas que os testes convencionais. Se desejar mais informações, não hesite em entrar em contato conosco.

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