ABSTRACT
I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
A. Importance of Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
B. Definition and Classification of Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
II. Physical Characteristics of Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
A. Appearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
B. Rheology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
III. Making and Stabilizing Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
A. Making Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
1. Mechanical Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2. Surface Chemical Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
B. Stabilizing Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
1. Charged Interfaces and the Electric Double Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2. Attractive Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3. DLVO Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4. Practical Guidelines for Electrostatic Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5. Steric Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6. Mechanical Film Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
IV. Emulsion Separation and Breaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
A. Creaming and Sedimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
B. Coalescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
C. Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
D. Emulsion Breaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
V. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
A. Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
B. Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
C. Foods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
1. Food Emulsion Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2. Protein-Stabilized Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3. Nonprotein-Stabilized Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
D. Biology and Medicine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
E. Personal Care Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
1. Cosmetic Skin Care Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2. Other Personal Care Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
F. Petroleum Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
1. Near-Well Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2. Reservoir Occurrences of Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3. Emulsions in Surface Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Acknowledgment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
This chapter provides an introduction to the occurrence, properties, and importance of practical
emulsions. Spanning a wide array of bulk physical properties and stabilities, a common starting
point for understanding emulsions is provided by the fundamental principles of colloid science.
These principles may be applied to emulsions in different ways to achieve quite different results.
A desirable emulsion, which must be carefully stabilized to assist one stage of an industrial
process, may be undesirable in another stage and may necessitate a demulsification strategy.
With an emphasis on the definition of important terms, the importance of interfacial properties
to emulsion making, stability, and breaking is demonstrated.
