《应用胶体与界面化学》05乳状液及微乳状液

1、第五章 乳状液及微乳状液第一节 乳化作用及乳化剂的类型第二节 决定和影响乳状液类型的因素第三节 乳状液的稳定性第四节 乳化剂的选择第五节 乳状液的一些应用第六节 多重乳状液与液膜分离第七节 微乳状液第一节第一节 乳化作用及乳化剂的类型乳化作用及乳化剂的类型乳化作用乳化作用( emulsification) : 在一定条件下将互不相溶的两种液体形成有一定稳定性的液液分散体系的作用。乳状液乳状液( emulsion)：一种液体以小液珠形式分散于与其不相混溶的另一种液体中所构成的热力学不稳定体系。黄色(分散相）蓝色（介质）类型油（oil）水(water)水包油（O/W)水(water)油（oil）油

2、包水（W/O)例如： 牛奶、血浆、豆浆、原油、生橡胶液、大部分农药分散相：乳状液中以液滴的形式存在的一相；分散介质：连成一片的相（外相或连续相）两种乳状液O/W型和W/O型乳状液 确定乳状液的类型，一般有稀释法、染色法和电导法等几种 （1）稀释法：乳状液能为其外相液体所稀释 （2）染色法 （3）电导法：以水为外相的O/W型乳状液有较好的电导性能，而W/O型乳状液的电导性能很差。 将微量的油溶性染料加到乳状液中，若整个乳状液带有颜色，则是W/O型乳状液，如只有小液滴带有颜色，则是O/W型乳状液。 （1）界面能量降低说 若膜 油膜 水构成O/W型 若膜 油膜 水构成W/O型 第二节第二节 决定和影

3、响乳液类型的因素决定和影响乳液类型的因素油、水相的性质和体积比，乳化剂和添加剂的性质，温度，形成乳状液时的器壁性质为了形成稳定的乳状液所必须加的第三组分通常称为乳化剂。 溶解度大、界面张力小的一侧易构成外相(2) 几何因素说 一价金属皂形成O/W型，而二价金属皂，则形成W/O型 W/O型 O/W型 水油（a）水油（b）乳化剂的分子构型影响乳状液的构型 乳化剂分子的疏水基和亲水基大小会影响乳状液的构型 (3) 液滴聚结动力学因素 在乳化剂、水、油共存的条件下搅拌，乳化剂吸附于油水界面，形成的油滴和水滴均有自发聚结减小表面能的趋势。从乳化剂的两亲性质来说，与亲水、亲油性占优势的一侧基团亲和力强的液

4、体将成为乳状液的连续相。 如乳化剂中亲水性基团占优势，则形成O/W型乳状液。(4) 两相体积的影响 如果分散相均为大小一致的不变形的球形液滴，最紧密堆积的液珠体积只能占总体积的74%，如果大于74%，乳状液就会破坏变型 如果水的体积小于26%，只能形成W/O型乳状液 若水的体积大于74%，则只能形成O/W型乳状液 若水的体积介于26%-74%之间，则O/W型和W/O型的两种乳状液都有形成可能。 第三节第三节 乳状液的稳定性乳状液的稳定性一一. 乳状液的不稳定性乳状液的不稳定性乳状液分层、聚结与絮凝、变形和破乳两相分离絮凝聚沉分层聚结两相分离破乳乳状液是热力学不稳定体系乳状液是热力学不稳定体系破

5、乳破乳与分层不同，是使两种液体完全分离 破乳的方法很多，如加热破乳、高压电破乳、过滤破乳、化学破乳等。 加入表面活性更强但不能形成保护膜的表面活性剂(如戊醇、辛醇、十二烷基磺酸钠等）加酸破乳，由橡胶汁制橡胶变型：是指乳状液由O/W型变为W/O型（或反之） 影响变型的因素有：改变乳化剂，变更两相的体积比，改变温度以及外加电解质等 离子的价数对变型所需要电解质的浓度有很大影响。二二. 乳状液的稳定乳状液的稳定1. 表面活性剂或两亲分子在分散相与分散介质的界面上形成具有一定厚度的界面膜2. 聚合物的空间稳定作用3. 固体粉末的稳定作用第三节第三节 乳状液的稳定性乳状液的稳定性与固体表面亲和性大的一相

6、容易形成连续相第四节第四节 乳化剂的选择乳化剂的选择一. 乳化剂类型：表面活性剂，天然产物和固体粉末表面活性剂：阴离子表活剂应用最广，非离子表活剂发展最快天然乳化剂：磷脂、固醇类、水溶性胶类、纤维衍生物特点：乳化性能差，但无毒固体粉末乳化剂：金属碱性盐、炭黑、SiO2、粘土特点：尺寸小，比表面积大，吸附在油-水界面形成固体颗粒单层膜或多层膜二. 乳化剂选择的一般原则(2) 在分散相周围形成保护膜，使界面膜具有较高的黏度和力学性能(1) 降低界面张力，并能在界面上吸附(3) 根据用途和欲得的乳状液类型选择(4) 要能用最小的浓度和最低的成本达到乳化效果；乳化工艺简单三. 乳化剂选择方法1. HL

7、B： hydrophilic-lipophile balance， 亲水亲油平衡HLB值越大，亲水性越强，反之，亲油性越强HLB值油酸钠 18油酸 13681013不分散不良分散搅拌后形成乳状液分散稳定乳状液分散半透明至透明透明水溶液外观水溶液外观用途用途油包水型乳化剂润湿剂水包油型乳化剂HLB的计算：的计算：1).非离子型表活剂：1005HLB 亲水基部分的分子量乳化剂分子量HM20M石蜡：CnH2n+2 HLB=0；聚乙二醇醚：HOCH2-O-CH2-On-H HLB=202). 离子型表活剂：HLB20+C+亲水基质量亲水基质量 亲油基质量三. 乳化剂选择方法HLB的计算：3). 复杂表

8、活剂：HLB7+HLB-HLB亲水基团的疏水基团的油酸：CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 油酸钠：CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COONa 十二烷基硫酸钠：C12H25-OSO3Na 关于HLB值的几个问题：1. 混合乳化剂的HLB值基于HLB值是表面活性剂分子特有的指定值，故混合表活剂的HLB具有加和性，可按其组成的各个活性剂的质量分数加以计算2. 温度对HLB值的影响对非离子表活剂，随着温度的升高，水化作用减弱，亲水性降低，HLB值减小3. HLB值同乳化能力的关系HLB值大小仅与表活剂乳化时形成的乳状液类型有关，不能说明该表活剂的乳化能力的大小三. 乳化剂选择方

9、法2. PIT (phase inversion temperature): 相转变温度法非离子表活剂的PIT温度以上亲油性强于亲水性，易生成W/O 型乳状液，此温度以下易生成O/W型乳状液。PIT温度: 指某一特定系统中乳化剂的亲水亲油性质达到适当平衡时的温度高温时，易生成W/O 型乳状液，PIT要低于保存温度10-40oC，低温下易生成O/W型乳状液，PIT要高于保存温度20-60oC。3. 浊点法聚氧乙烯衍生类非离子型表活剂的浊点与其HLB值有相关性，可根据浊点求HLB值。4. 临界堆积参数（CPP）法CPP=Vc/(LcA0)Vc：SAa疏水部的体积；Lc：疏水链最大伸展长度；A0：端

10、基面积CPP=1/3 球状胶团1/3CPP1/2 非球体，柱状，棒状CPP=1/2 棒状1/2CPP1 反胶团三. 乳化剂选择方法第五节第五节 乳状液的一些应用乳状液的一些应用一. 化妆品乳状液化妆品类，洗涤类乳液乳化剂多为与天然产物有关的多元醇类非离子型表活剂二. 食品乳状液三三. 药用乳状液药用乳状液口服乳剂：校正药物口味，使患者易于接受；很多农药都是不溶于水的有机油状物，不能直接使用，需将它们与亲水性乳化剂配合制成O/W型乳剂后再使用。这样就能以少量药剂较均匀地喷洒在作物上，既能充分发挥药效，又能防止农药太集中而伤害作物乳化剂的选择：无毒、无臭、无味、化学稳定性好注射用乳剂：使易于氧化水

11、解的药物得以保护，控制药物释放四四. 沥青乳状液沥青乳状液沥青是一种稠环芳烃混合物的无定型黑色固体，有良好的黏结性、抗水性和防腐性。乳化剂：烷基胺，烷基季铵盐，木质素胺等因其常温下是固体，使用时需加热熔化，配成乳状液后应用更方便控制反应，纺织工业，制革工业，微粉制备控制反应，纺织工业，制革工业，微粉制备第六节第六节 多重乳状液与液膜分离多重乳状液与液膜分离一一. 多重乳状液多重乳状液将分散相和分散介质形成的某种类型的乳状液再分散到以原分散相为介质的液体中形成的液液分散体系称为多重乳状液O/W/O, W/O/W 多重乳状液的液膜多重乳状液的液膜介于被包封内相和连续外相间的中间相称为液膜水相油相W

12、/O/W液相，油膜多重乳状液的制备多重乳状液的制备 W/O/W：先用HLB值低的乳化剂制备W/O型稳定的初级乳状液 再将初级乳状液分散于溶有HLB值高的乳化剂的水相中 图5.12 W/O/W型多重乳状液的液滴结构和各组分的作用 多重乳状液的聚结途径多重乳状液的聚结途径含有初级乳状液的液滴聚结成大的液滴初级乳状液内的小液滴聚结初级乳状液内的小液滴通过液膜向外扩散二二. 液膜分离液膜分离多重乳状液膜和固体支撑膜多重乳状液膜：多重乳状液膜： 厚度厚度1-10m 组成：表面活性剂、溶剂和流动载体组成：表面活性剂、溶剂和流动载体多重乳状液膜分离机理多重乳状液膜分离机理无载体液膜分离： 选择性渗透 微滴内

13、化学反应 液膜内化学反应 萃取和吸附有流动载体液膜分离：以莫能菌素为流动载体分离Na+三三. 多重乳状液液膜分离的应用多重乳状液液膜分离的应用处理含酚废水处理含酚废水利用流动载体分离金属离子利用流动载体分离金属离子例：分离污水中的Cu2+三三. 多重乳状液液膜分离的应用多重乳状液液膜分离的应用RH2-羟基-5-任基乙酰苯肟第一节 乳化作用及乳化剂的类型第二节 决定和影响乳状液类型的因素第三节 乳状液的稳定性乳状液，乳化作用，分散相和分散介质，乳状液类型回顾：回顾：（1）界面能量降低说 (2) 几何因素说 (3) 液滴聚结动力学因素(4) 两相体积的影响 一. 不稳定性：分层、聚结与絮凝、变形和

14、破乳二. 乳状液的稳定第五章 乳状液及微乳状液三. 乳化剂选择方法1. HLB： hydrophilic-lipophile balance， 亲水亲油平衡HLB值越大，亲水性越强，反之，亲油性越强2. PIT (phase inversion temperature): 相转变温度法3. 浊点法4. 临界堆积参数（CPP）法第七节第七节 微乳状液微乳状液乳状液分散相尺寸0.1-50m，乳白色不透明；微乳状液0.01-0.20 m，透明或者半透明一一. 微乳液的形成微乳液的形成表活剂和助表活剂存在下水与非极性有机物可自发形成的透明的溶液，既具有烃的性质，也有水的性质，是热力学稳定体系。乳状液、

15、微乳液及胶束的差别：分散相液滴大小、外观的浑浊度及是否自发形成，是否为热力学稳定体系。微乳液类型：水包油、油包水和双连续相微乳液类型：水包油、油包水和双连续相水包油水包油油包水油包水双连续相双连续相助表面活性剂的作用助表面活性剂的作用1. 降低表面张力，使表面张力降至最低，可能为负值2. 增加界面膜的流动性和柔性，减少微乳形成时所需的弯曲能3. 微调表活剂的HLB值，使之更合适乳状液、微乳液及胶束的差别：二二. 微乳液形成和稳定性理论微乳液形成和稳定性理论1. 增溶理论增溶理论增溶作用：微乳液的直径介于乳状液和胶束之间，因此在浓的胶束溶液中，加入一定量的油和助表面活性剂可使胶束溶液变成微乳液。因此有人认为微乳液是胶束增溶油或反胶束增溶水后膨胀的结果。第七节第七节 微乳状液微乳状液从胶束溶液(a)转变为微乳狀液滴(b)、(c)，到最后变成乳状液滴(d)的过程第七节第七节 微乳状液微乳状液2. 混合膜理论在界面上形成一层单分子膜，若油水界面张力为0，加入表活剂后为，则相应的表面压 =0 - OW ,水一侧的界面面积将扩散，直至弯曲形成水包油型微乳。反之则易形成油包水型微乳。T= (O/W)a -若(O/W)a , T将小于零三. 微乳液的相性质（了解）第七节第七节 微乳状液微乳状液3. 热力学理论A112微乳形成A212G=A12-TSSWOO/WSWOW