乳状液和泡沫

1、乳状液和泡沫第1页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1 乳状液4.2 泡沫第2页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.1乳状液的类型4.1 乳状液4.1.2 影响乳状液类型的因素4.1.3 乳状液的稳定性与乳化4.1.4 乳状液的制备4.1.5 乳状液的转型与破坏4.1.6 乳状液的应用4.1.7微乳状液第3页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.1乳状液的类型4.1 乳状液 乳状液是一种液体以直径大 于100nm的细小液滴(分散相)在另 一种互不相溶的液体(分散介质)中 所形成的粗粒分散系。 仅仅两种不相容的纯液体（如油

2、和水）并不能形成乳状液，它们必须在乳化剂（如肥皂）的作用下才能稳定。 如牛奶，含水石油，乳化农药等。第4页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日 乳状液 可分为两大类型水包油，O/W，油分散在水中油包水，W/O，水分散在油中4.1.1乳状液的类型O/W (水包油型)W/O (油包水型)第5页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日 在适当的乳化剂条件下，可形成O/W (水包油型)或W/O (油包水型)乳状液。4.1.1乳状液的类型O/W型: 牛奶、鱼肝油乳剂、农药乳剂等；W/O型: 油剂青霉素注射液、原油等。第6页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星

3、期日 W/O型和O/W型两类乳状液通常可用以下几种方法鉴别：1稀释法 水加到O/W乳状液中，乳状液被稀释；若水加到W/O型乳状液中，乳状液变稠甚至被破坏。如牛奶能被水稀释所以它是O/W型乳状液。第7页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日2染色法 将极微量的油溶性染料加到乳状液中，若整个乳状液带有染料颜色的是W/O型乳状液，如果只有液滴带色的是O/W型乳状液。若用水溶性染料其结果恰好相反。染色法微观示意图(以苏丹为例）第8页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日3电导法 通常O/W型乳状液有较好的导电性能，而W/O型乳状液的导电性能却很差。（但若乳状液中有离子型

4、乳化剂，也有较好导电性）。4滤纸润湿法 由于滤纸容易被水所润湿，将O/W型乳状液滴在滤纸上后会立即辅展开来，而在中心留下一滴油；如果不能立即辅展开来，则为W/O，对于易在滤纸上铺展的油如苯、环己烷等，不宜采用此法鉴别。第9页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.2 影响乳状液类型的因素4.1.2.1相体积 乳状液的分散相被称为内相，分散介质被称为外相。 在1910年，Ostward根据立体几何的观点提出“相体积理论”，他指出：如果分散相均为大小一致的，根据液珠不变型的球型立体几何计算，任何大小的球形最紧密堆积的液珠体积只能占总体积的74.02%。第10页，共47页，20

5、22年，5月20日，7点47分，星期日 若分散相相体积大于74.02%, 乳状液就会变型。4.1.2.1相体积 如水的体积占总体积的2674.02%时O/W型、W/O型两种乳状液都有形成的可能性。若小于26%只能形成W/O型乳状液，若大于74.02%只能形成O/W型乳状液。此理论有一定的实验基础。第11页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.2.1相体积 一些乳状液的内相浓度可以超过0.74很多，却并不发生变型。（a）不均匀液珠形成的密堆积乳状液示意图（b）形成多面体后密堆积乳状液示意图第12页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日 乳化剂分子的空间构型

6、（分子中极性基团和非极性基团截面积之比）对乳状液的类型起重要作用。 将乳化剂比喻为两头大小不等的楔子，若要楔子排列的紧密且稳定，截面积小的一头总是指向分散相，截面积大的一头留在分散介质中，此即为楔子理论。4.1.2.2乳化剂分子构型例外：一价银肥皂，作为乳化剂形成W/O型乳状液第13页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.2.2乳化剂分子构型 一价碱金属皂类，形状是： 亲水端为大头，作为乳化剂时，容易形成O/w型乳状液。油水 二价碱金属皂类，极性基团为：亲水端为小头，作为乳化剂，容易形成W/O型乳状液油水第14页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.

7、1.2.3乳化剂溶解度 Bancroft提出，油水两相中，对乳化剂溶度大的一相成为外相。例如：碱金属的皂类是水溶性的，故形成O/W型乳状液，二价与三价金属皂足油溶性的，它们都形成WO型乳状液。第15页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.2.3乳化剂溶解度 以固体粉末为乳化剂时，若要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，固体粒子大部分应当在分散介质中。容易被水润湿的固体，如粘土、Al2O3，可形成O/W乳状液。油水第16页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日 容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，可作为W/O型乳状液的稳定剂。水油4.1.2.3乳化剂溶解度第

8、17页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.2.4聚结速度 1957年Davies提出了一个关于乳状液类型的定量理论： 在乳化剂、油、水一起摇荡时，油相与水相都破裂成液滴，形成图(a)与(b)中左半边所示的情形。第18页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日（2）如果油滴的聚结速度远大于水滴的，则形成W/O型乳状液；如果二者的聚结速度相近，则相体积大者构成外相。4.1.2.4聚结速度 乳化剂吸附在液滴的界面上，以后发展成何种乳状液，则取决于两类液滴的聚结速度：（1）如果水滴的聚结速度远大于油滴的，则形成O/W型乳状液；第19页，共47页，2022年，5月

9、20日，7点47分，星期日4.1.3 乳状液的稳定性与乳化4.1.3.1乳状液不稳定性的表现第20页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.3.2 乳化剂与乳化作用乳化作用(乳化)：乳化剂使乳状液稳定的作用。 乳化剂一般可分为四大类：表面活性剂类乳化剂、高分子类乳化剂、天然产物类乳化剂以及固体粉末乳化剂。常用的乳化剂是一些表面活性物质，如肥皂、蛋白质、磷脂、胆固醇等。 对于表面活性剂类的乳化剂，HLB值（HLB值是表面活性剂的亲水-亲油平衡值）是有参考价值的。第21页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日HLB范围 应用类型 36 W/O乳化剂79 润湿剂

10、 818 O/W乳化剂1315 洗涤剂1518 加溶剂4.1.3.2 乳化剂与乳化作用第22页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.3.3影响乳状液稳定性的主要因素1.界面张力 乳状液是相界面很大的多相体系，液珠有自发聚结，以降低体系总界面能的倾向。显然，可以加入表面活性剂降低表面张力，以增强乳状液的稳定性。第23页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日 为提高界面膜的机械强度有时使用混合乳化剂，不同乳化剂分子间相互作用可以使界面膜更坚固，乳状液更稳定。2.界面膜的性质 界面膜的机械强度是决定乳状液稳定性的主要因素。大量实验事实说明：（1）要有足够量的乳

11、化剂才能有良好的乳化效果（2）直链结构的乳化剂的乳化效果一般优于支链结构的。第24页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日3.液滴双电层的排斥作用 乳状液的液珠上所带电荷的来源有：电离、吸附以及液珠与介质之间的摩擦，其主要来源是液珠表面上吸附了电离的乳化剂离子。 在乳状液中，水的介电常数远比常见的其它液体高。故O/W型乳状液中的油珠多数是带负电的，而W/O型乳状液中的水珠则往往带正电。反离子形成扩散双电层，热力学电势及较厚的双电层使乳状液稳定。第25页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.4 乳状液的制备4.1.4.1转相乳化法 （1）将乳化剂先溶于油中

12、加热，在剧烈搅拌下慢慢加入温水，加入的水开始以细小的粒子分散在油中，是W/O型乳状液，再继续加水，随着水的增加，乳状液变稠，最后转相变成O/W型乳状液。（2）将乳化剂直接加于水中，在剧烈搅拌下将油加入，可直接得到O/W型乳状液，若欲制得W/O型，则可继续加油直到发生变型。第26页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.4.2自然乳化分散法 把乳化剂加到油中，制成溶液直接投入水中，可制成O/W型乳状液，有时需稍加搅拌。农药乳状液如敌敌畏乳剂就以此法制得。第27页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.4.3瞬间成皂法 将脂肪酸溶于油中，碱溶于水中，然后

13、在剧烈搅拌下将两相混合，在混合瞬间界面上形成了脂肪酸钠，这就是O/W型乳化剂。4.1.4.4界面复合物生成法 在油相中加入一种易溶于油的乳化剂，在水相中加入一种易溶于水的乳化剂。当油和水相互混合，并剧烈搅拌时，两种乳化剂在界面上相互作用并形成稳定的复合物。第28页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.4.5轮流加液法 将水和油轮流加入乳化剂中，每次少量加入。制备某些食品乳状液就用此法。第29页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.5 乳状液的转型与破坏4.1.5.1乳状液的转型1.乳化剂类型的变更 按楔子理论，乳化剂的构型是决定乳状液类型的重要因

14、素，乳化剂构型转变就会导致乳状液的转型。2.相体积的影响 乳状液的内相体积占总体积26%以下的体系是稳定的，如果不断加入内相液体，其体积超过74.02%，内相有可能转变为外相，乳状液就发生转型。第30页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日3. 温度的影响 有些使用非离子型表面活性剂作为乳化剂的乳状液，当温度升高时乳化剂分子的亲水性变差，亲油性增强。在某一温度时，由非离子型表面活性剂所稳定的O/W型乳状液将转变成为W/O型乳状液，这一温度称为转型温度（简称PIT）。第31页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4. 电解质 大量电解质的加入可能使乳状液变型。以油

15、酸钠为乳化剂的苯在水中的乳状液为例，加入0.5moldm-3NaCl时可变为W/O型的。这是因为电解质浓度很大时，离子型皂的离解度大大下降，亲水性也因此而降低，甚至会以固体皂的形式析出，乳化剂亲水亲油性质的这种变化最终导致乳状液的变型。第32页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.5.2 乳状液的破坏1.加热破乳 升温加速乳状液液珠的布朗运动使絮凝速率加快，同时使界面粘度迅速降低，使聚结速率加快，有利于膜的破裂。2.高压电破乳 高压电场的破乳较复杂不能只看作扩散双电层的破坏，在电场下液珠质点可排成一行，呈珍珠项链式，当电压升到某一值时，聚结过程在瞬间完成。第33页，共4

16、7页，2022年，5月20日，7点47分，星期日3.过滤破乳 当乳状液经过一个多孔性介质时，由于油和水对固体润湿性的差别，也可引起破乳。4.化学破乳 化学破乳的原则是破坏吸附在界面上的乳化剂，使其失去乳化能力。常用的是使用破乳剂。破乳剂也是一种表面活性剂，有很高的表面活性，能将界面上原来存在的乳化剂顶替走；但破乳剂分子一般具有分支结构，不能在界面上紧密排列成牢固的界面膜，从而使乳状液的稳定性大大降低。 第34页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日5.电解质破乳 对于稀的乳状液，起稳定作用的是扩散双电层，加入电解质可破坏双电层，也能使乳状液聚沉第35页，共47页，2022年，5

17、月20日，7点47分，星期日4.1.6 乳状液的应用4.1.6.1控制反应 许多放热反应，反应时温度急剧上升，能促进副反应的发生，从而影响产品质量。若将反应物制成乳状液后再反应，即可避免上述缺点。因为反应物分散成小液滴后，在每个液滴中反应物数量较少，产生热量也少，并且乳状液对象界面面积大，散热快，容易控制温度。高分子化学中常使用乳液聚合反应，以制得较高质量的反应。第36页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.6.2 农药乳剂 将杀虫药，灭菌剂制成O/W型乳剂使用，不但药物用量少，而且能均匀地在植物叶上铺展，提高杀虫、灭菌效率4.1.6.3 沥青乳状液 沥青的黏度很大，不

18、便于在室温下直接用于铺路面。若用阳离子型乳化剂将其制成O/W型乳状液，则表观黏度大大降低，并改善了对砂石的润湿性。第37页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.1.7微乳状液 1950年，舒尔曼（Schulman）发现,在由水、油和乳化剂所形成的乳状液中加入第四种物质（乳化助剂），当用量适当时可以形成一种外观透明均匀的液-液分散体系，这就是微乳状液（或微乳液）。定义：两种互不相溶液体在表面活性剂界面膜作用下形成的热力学稳定的、各向同性的、低粘度的、透明的、均相的分散体系。第38页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日 微乳液也可分为不同的类型，除了O/W型和

19、W/O型外，还有双连续型，O/W型和W/O型结构已有实验证明是球形，双连续型有各种模式。油水第39页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.2 泡沫4.2.1 泡沫液膜的特点4.2.2 泡沫的稳定性4.2.3 泡沫的破坏第40页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.2 泡沫表面活性剂的起泡作用第41页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日4.2.1 泡沫液膜的特点 B部分为两个气泡的交界处，界面是平坦的，A是三个气泡的交界处，界面时弯曲的。三个气泡的液膜分界面的示意图 由拉普拉斯公式可知，B处的压力比A处高，所以B部分液体总是向A部分流动，使液膜不断变薄，最终可能导致破裂。第42页，共47页，2022年，5月20日，7点47分，星期日 由于阻力的存在，膜达到一定的厚度可能达到暂时平衡。从曲