Емульсія - це дисперсія досить малих часток однієї рідини в іншій, з якою перша рідина не змішується. Якщо ми сильно збовтати в пляшці невелику кількість масла з великою кількістю води, то вийде молочно-каламутна рідина - емульсія. В результаті механічного збовтування масло тонко розпорошується в воді у вигляді дрібних крапельок, а вода, яка їх оточує, утворює при цьому зовнішню фазу емульсії, тим часом як крапельки масла є її диспергує внутрішньої фазою. Якщо ж ми змішаємо в пляшці обидві рідини в зворотній пропорції, тобто збовтаємо невелику кількість води в більшій кількості масла, то утворюється емульсія, зовнішньої фазою якої буде масло, а внутрішньої - водні крапельки. Емульсія такого типу позначається скорочено ВМ (вода в олії), а емульсія, зазначена вище, позначається MB (масло в воді).
Мал. 15. Емульсії:
А - емульсія масла у воді (MB): а - зовнішня водна фаза; b - внутрішня масляна фаза, B - емульсія води в олії (ВМ): а - зовнішня масляна фаза; b - внутрішня водна фаза
Емульгатор. Якщо ми залишимо пляшку з емульсією в спокої, обидві рідини почнуть скоро відділятися одна від одної. Більш важка вода падає на дно, частинки масла, навпаки, піднімаються на поверхню. Мине небагато часу, і емульсія розділиться на два гомогенних, різко обмежених шару - на воду і масло. Якщо ж ми хочемо, щоб і в спокої обидві рідини залишилися у вигляді емульсії, то ми повинні додати в воду і розчинити в ній поверхнево активна речовина, так званий емульгатор, який знижує поверхневий натяг на межі обох фаз. Емульсія тим стійкіша, ніж це натяг менше. Уявімо собі, що молекули емульгатора складаються ніби з двох різних половинок, з яких одна має «спорідненість» до води (т. Е. Має високу полярність. - Ред.) І відштовхується від масла, в той час як друга половина відрізняється протилежними властивостями (т. е. відсутністю полярності. - Ред.) і тому притягується до частинкам масла, Під впливом молекулярного тяжіння молекули емульгатора концентруються на кордоні обох фаз, причому полярна частина молекул орієнтується до полярної рідини, а неполярная частина до неполярной рідинний (Так звана орієнтована адсорбція). Навколо крапельки диспергує рідини вони утворюють мономолекулярний шар, щось на зразок оболонки, яка не дозволяє частинкам диспергує рідини з'єднатися і злитися 70.
Хороший емульгатор повинен давати дуже тонку емульсію, тобто діаметр диспергованих частинок не повинен бути більше 2μ *. Чим дисперсія тонше, тим емульсія більш стійка. Якщо нанести стійку дисперсну емульсію тонким шаром на скло, то вона на вигляд переливається всіма кольорами веселки; грубі емульсії, навпаки, молочно-білі.
Мал. 16. Адсорбція молекул емульгатора, що є причиною того, що емульсія не розпадається. Про - крапля масла; а - молекули масла; b - молекули емульгатора
Прикладом природної емульсії MB є молоко, в якому жир диспергирован в воді, що містить емульгатор у вигляді казеїну, який зберігає емульсію. Інший природною емульсією є яєчний білок, що складається з водної та масляної фаз і з лецитину і альбуміну, які стабілізують емульсію. Емульсії цього типу, тобто емульсії з зовнішньої водної фазою, є найбільш уживаними в живопису і їх все можна розбавляти будь-якою кількістю води. Готуються вони з води, масла і деяких колоїдних водорозчинних речовин - клею, крохмалю, гуммиарабика, траганта, казеїну. Крім цих речовин, які самі по собі служать сполучними фарб, як емульгаторів виявилися придатними різні калієві і натрієві мила, розчинні у воді ефіри целюлози і полівінілові смоли.
На противагу цьому емульгаторами емульсій ВМ (з зовнішньої олійною фазою) є кальцієві, магнієві і смоляні (резинати) мила, розчинні в оліях. Емульсії цього типу розбавляються не водою, а тільки скипидаром. У живописі їх стали застосовувати лише останнім часом, і вони є предметом вивчення, зокрема в промисловому виробництві, де з недавнього часу застосовується ряд емульгаторів найрізноманітніших властивостей: сульфоновиє масла, алкіларілсульфонати (Нека) і тріетаноламіновие мила. Найбільш ефективним можна вважати емульгатори, що розчиняються в обох фазах системи масло - вода, наприклад сульфонним ванні жирні спирти або стенолати (сульфон ний стеріловий спирт) і негомогенні сапонатів (емульфори), по своїй ефективності далеко перевершують традиційні перераховані вище емульгатори. З їх допомогою можна емульгувати і неомиляемие мінеральні масла, асфальтові лаки, лаки зі штучних смол і целюлози в дуже тонкі і стійкі емульсії.
Подібно до того як в молоці диспергирован напівтвердий жир, можуть бути дисперговані у водній фазі і напівтверді і, нарешті, тверді речовини, якими є віск і смоли. Ці емульсії ** можна отримати або при певній підвищеній температурі, коли така речовина плавиться, або за допомогою розчинника, який перетворює їх в рідку речовину. Для того щоб при висиханні емульсії розчинник на неї не діяв шкідливо, например не викликав би помутніння темперних фарб, необхідно вибирати такі розчинники, які випаровуються швидше води.
Міцність емульсії залежить від декількох факторів. Емульгатор повинен знаходитися в певному відношенні до фаз. Якщо концентрація емульгатора занадто мала (менше 2%), то емульсія не утворюється. Навпаки, якщо вона занадто велика, то і в цьому випадку емульсія може розпастися. Стабільність емульсії залежить також від температури і в'язкості обох фаз. Вигідніше готувати емульсію з меншою кількістю води і тільки потім додатково розбавляти нею. Згущені масла, густі лаки і бальзами легше емульгуючі, ніж рідкі масла. Такі емульсії, проте, часто бувають тістоподібний густі. На освіту або стійкість емульсії може несприятливо діяти кислотність або основність який-небудь фази. Калієві і натрієві луги полегшують освіту емульсій, в яких містяться жирні речовини. На противагу цьому кальцієві лугу часто руйнують такі емульсії.
Емульсії можна готувати двома способами:
1. збовтування. Змішують в пляшці 10 частин 20% розчину гуммиарабика з 1 частиною лляної олії і збовтують цю суміш до тих пір, поки не отримують тонко дисперсну емульсію. За потреби розбавляють цю емульсію водою.
2. Розтиранням. Насипають в ступку 2 частини тонкого порошку гуммиарабика, додають дві частини льняного масла і при безперервному розтиранні повільно додають по краплях 4 частини дистильованої або кип'яченої води.
Штучним емульсій досить часто приписується більше значення, ніж вони фактично мали для розвитку живопису. Припущення Ернеста Бергера, що основою давньої енкаустики була емульсія воску в воді, спростували А. Ейбнер і А. П. Лаурі, які довели, що пунічний віск, отримання якого описав Пліній, був не рідким, а твердим. Припущення Марогера, що вдосконалення живопису Ван-Ейка грунтувалося на емульсії ВМ, абсолютно не переконливо. Навпаки, більш імовірно, що штучні емульсії, і зокрема емульсії ВМ, стали застосовувати в живописі пізніше і що вони займали другорядне місце. У XVIII столітті було відомо приготування емульсійної масляного лаку з гуммиарабика. Що стосується воскоклеевой темпери - цераколи, склад якої зазначений в Герміна, рукописи з гори Афона, то до теперішнього часу невідомо, як широко її застосовували в візантійського живопису. Рукопис належить до пізнішого часу, і хоча в ній описані більш старі традиції, проте ми не знаємо з достатньою достовірністю, в які періоди розвитку живопису застосовували цю темперу.
Природні емульсії, особливо яєчний жовток, мали в історії живопису виняткове значення. Яєчний жовток був універсальним сполучною фарб середньовічної італійської темпери, починаючи з Джотто, і переважав в епоху Відродження аж до того часу, коли він був витіснений масляним сполучною. У наступні століття в Західній Європі значення желтковой темпери впало, проте цей спосіб живопису зберігся в Росії і Греції. У XIX столітті знову прокинувся інтерес до темпері, а в останні десятиліття приділяється увага головним чином емульсій ВМ.
* Μ = 0,001 мм. Емульсії ми відносимо до більш грубим дисперсія. Більш тонкі дисперсії з частинками розміром 0,01-01 μ є колоїдними розчинами.
** Суспензії. - Ред.
Техніка живопису. Б. Сланський - Академії мистецтв СРСР, М. +1962