表面活性劑乳狀液與泡沫實用教案

1、4.1 乳狀液4.2 泡沫(pom)第1頁/共47頁第一頁，共48頁。乳狀液的類型(lixng)4.1 乳狀液4.1.2 影響(yngxing)乳狀液類型的因素4.1.3 乳狀液的穩(wěn)定性與乳化(rhu)4.1.4 乳狀液的制備4.1.5 乳狀液的轉(zhuǎn)型與破壞4.1.6 乳狀液的應(yīng)用微乳狀液第2頁/共47頁第二頁，共48頁。乳狀液的類型(lixng)4.1 乳狀液 乳狀液是一種液體以直徑大 于100nm的細(xì)小液滴(分散相)在另 一種互不相溶的液體(分散介質(zhì))中 所形成(xngchng)的粗粒分散系。 僅僅兩種不相容的純液體（如油和水）并不能形成乳狀液，它們(t men)必須在乳化劑（如肥皂）的作用

2、下才能穩(wěn)定。 如牛奶，含水石油，乳化農(nóng)藥等。第3頁/共47頁第三頁，共48頁。 乳狀液 可分為兩大類型水包油，O/W，油分散在水中油包水，W/O，水分散在油中乳狀液的類型(lixng)O/W (水包油型)W/O (油包水型)第4頁/共47頁第四頁，共48頁。 在適當(dāng)?shù)娜榛瘎l件(tiojin)下，可形成O/W (水包油型)或W/O (油包水型)乳狀液。乳狀液的類型(lixng)O/W型: 牛奶(ni ni)、魚肝油乳劑、農(nóng)藥乳劑等；W/O型: 油劑青霉素注射液、原油等。第5頁/共47頁第五頁，共48頁。 W/O型和O/W型兩類乳狀液通?？捎靡韵聨追N(j zhn)方法鑒別：1稀釋(xsh)法 水

3、加到O/W乳狀液中，乳狀液被稀釋(xsh)；若水加到W/O型乳狀液中，乳狀液變稠甚至被破壞。如牛奶能被水稀釋所以它是O/W型乳狀液。第6頁/共47頁第六頁，共48頁。2染色法 將極微量的油溶性染料加到乳狀液中，若整個乳狀液帶有染料顏色(yns)的是W/O型乳狀液，如果只有液滴帶色的是O/W型乳狀液。若用水溶性染料其結(jié)果恰好相反。染色法微觀(wigun)示意圖(以蘇丹為例）第7頁/共47頁第七頁，共48頁。3電導(dǎo)(din do)法 通常(tngchng)O/W型乳狀液有較好的導(dǎo)電性能，而W/O型乳狀液的導(dǎo)電性能卻很差。（但若乳狀液中有離子型乳化劑，也有較好導(dǎo)電性）。4濾紙(lzh)潤濕法 由于濾

4、紙容易被水所潤濕，將O/W型乳狀液滴在濾紙上后會立即輔展開來，而在中心留下一滴油；如果不能立即輔展開來，則為W/O，對于易在濾紙上鋪展的油如苯、環(huán)己烷等，不宜采用此法鑒別。第8頁/共47頁第八頁，共48頁。4.1.2 影響乳狀液類型(lixng)的因素相體積(tj) 乳狀液的分散相被稱為(chn wi)內(nèi)相，分散介質(zhì)被稱為(chn wi)外相。 在1910年，Ostward根據(jù)立體幾何的觀點提出“相體積理論”，他指出：如果分散相均為大小一致的，根據(jù)液珠不變型的球型立體幾何計算，任何大小的球形最緊密堆積的液珠體積只能占總體積的74.02%。第9頁/共47頁第九頁，共48頁。 若分散相相體積(tj

5、)大于74.02%, 乳狀液就會變型。相體積(tj) 如水的體積占總體積的2674.02%時O/W型、W/O型兩種乳狀液都有形成的可能性。若小于26%只能(zh nn)形成W/O型乳狀液，若大于74.02%只能(zh nn)形成O/W型乳狀液。此理論有一定的實驗基礎(chǔ)。第10頁/共47頁第十頁，共48頁。相體積(tj) 一些乳狀液的內(nèi)相濃度可以(ky)超過很多，卻并不發(fā)生變型。（a）不均勻(jnyn)液珠形成的密堆積乳狀液示意圖（b）形成多面體后密堆積乳狀液示意圖第11頁/共47頁第十一頁，共48頁。 乳化劑分子的空間構(gòu)型（分子中極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)截面積之比）對乳狀液的類型起重要(zhngyo

6、)作用。 將乳化劑比喻為兩頭(lingtu)大小不等的楔子，若要楔子排列的緊密且穩(wěn)定，截面積小的一頭總是指向分散相，截面積大的一頭留在分散介質(zhì)中，此即為楔子理論。乳化劑分子(fnz)構(gòu)型例外：一價銀肥皂，作為乳化劑形成W/O型乳狀液第12頁/共47頁第十二頁，共48頁。乳化劑分子(fnz)構(gòu)型 一價堿金屬皂類，形狀是： 親水端為大頭，作為乳化劑時，容易形成O/w型乳狀液。油水 二價堿金屬皂類，極性基團(tuán)(j tun)為：親水端為小頭，作為乳化劑，容易形成W/O型乳狀液油水第13頁/共47頁第十三頁，共48頁。乳化劑溶解度 Bancroft提出(t ch)，油水兩相中，對乳化劑溶度大的一相成為外相

7、。例如(lr)：堿金屬的皂類是水溶性的，故形成O/W型乳狀液，二價與三價金屬皂足油溶性的，它們都形成WO型乳狀液。第14頁/共47頁第十四頁，共48頁。乳化劑溶解度 以固體粉末為乳化劑時，若要使固體微粒(wil)在分散相周圍排列成緊密固體膜，固體粒子大部分應(yīng)當(dāng)在分散介質(zhì)中。容易被水潤濕的固體，如粘土(zhn t)、Al2O3，可形成O/W乳狀液。油水第15頁/共47頁第十五頁，共48頁。 容易被油潤濕的炭黑、石墨粉等，可作為W/O型乳狀液的穩(wěn)定劑。水油乳化劑溶解度第16頁/共47頁第十六頁，共48頁。聚結(jié)(j ji)速度 1957年Davies提出了一個關(guān)于乳狀液類型的定量(dngling)理

8、論： 在乳化劑、油、水一起搖蕩時，油相與(xingy)水相都破裂成液滴，形成圖(a)與(b)中左半邊所示的情形。第17頁/共47頁第十七頁，共48頁。（2）如果油滴的聚結(jié)速度遠(yuǎn)大于水滴的，則形成W/O型乳狀液；如果二者的聚結(jié)速度相近(xin jn)，則相體積大者構(gòu)成外相。聚結(jié)(j ji)速度 乳化劑吸附(xf)在液滴的界面上，以后發(fā)展成何種乳狀液，則取決于兩類液滴的聚結(jié)速度：（1）如果水滴的聚結(jié)速度遠(yuǎn)大于油滴的，則形成O/W型乳狀液；第18頁/共47頁第十八頁，共48頁。4.1.3 乳狀液的穩(wěn)定性與乳化(rhu)乳狀液不穩(wěn)定性的表現(xiàn)(bioxin)第19頁/共47頁第十九頁，共48頁。4.1.

9、3.2 乳化(rhu)劑與乳化(rhu)作用乳化(rhu)作用(乳化(rhu)：乳化(rhu)劑使乳狀液穩(wěn)定的作用。 乳化劑一般可分為四大類：表面活性劑類乳化劑、高分子類乳化劑、天然產(chǎn)物類乳化劑以及固體粉末乳化劑。常用(chn yn)的乳化劑是一些表面活性物質(zhì)，如肥皂、蛋白質(zhì)、磷脂、膽固醇等。 對于表面活性劑類的乳化劑，HLB值（HLB值是表面活性劑的親水-親油平衡值）是有參考價值的。第20頁/共47頁第二十頁，共48頁。HLB范圍范圍 應(yīng)用類型應(yīng)用類型 36 W/O乳化劑乳化劑79 潤濕劑潤濕劑 818 O/W乳化劑乳化劑1315 洗滌劑洗滌劑1518 加溶劑加溶劑4.1.3.2 乳化(rh

10、u)劑與乳化(rhu)作用第21頁/共47頁第二十一頁，共48頁。影響(yngxing)乳狀液穩(wěn)定性的主要因素1.界面(jimin)張力 乳狀液是相界面很大的多相體系，液珠有自發(fā)聚結(jié)，以降低體系總界面能的傾向。顯然，可以加入(jir)表面活性劑降低表面張力，以增強(qiáng)乳狀液的穩(wěn)定性。第22頁/共47頁第二十二頁，共48頁。 為提高界面膜的機(jī)械強(qiáng)度有時使用(shyng)混合乳化劑，不同乳化劑分子間相互作用可以使界面膜更堅固，乳狀液更穩(wěn)定。2.界面(jimin)膜的性質(zhì) 界面膜的機(jī)械強(qiáng)度是決定乳狀液穩(wěn)定性的主要(zhyo)因素。大量實驗事實說明：（1）要有足夠量的乳化劑才能有良好的乳化效果（2）直鏈結(jié)

11、構(gòu)的乳化劑的乳化效果一般優(yōu)于支鏈結(jié)構(gòu)的。第23頁/共47頁第二十三頁，共48頁。3.液滴雙電層的排斥(pich)作用 乳狀液的液珠上所帶電荷的來源有：電離、吸附以及液珠與介質(zhì)(jizh)之間的摩擦，其主要來源是液珠表面上吸附了電離的乳化劑離子。 在乳狀液中，水的介電常數(shù)遠(yuǎn)比常見的其它液體高。故O/W型乳狀液中的油珠多數(shù)是帶負(fù)電的，而W/O型乳狀液中的水珠(shu zh)則往往帶正電。反離子形成擴(kuò)散雙電層，熱力學(xué)電勢及較厚的雙電層使乳狀液穩(wěn)定。第24頁/共47頁第二十四頁，共48頁。4.1.4 乳狀液的制備(zhbi)轉(zhuǎn)相乳化(rhu)法 （1）將乳化劑先溶于油中加熱，在劇烈攪拌下慢慢加入溫水，

12、加入的水開始(kish)以細(xì)小的粒子分散在油中，是W/O型乳狀液，再繼續(xù)加水，隨著水的增加，乳狀液變稠，最后轉(zhuǎn)相變成O/W型乳狀液。（2）將乳化劑直接加于水中，在劇烈攪拌下將油加入，可直接得到O/W型乳狀液，若欲制得W/O型，則可繼續(xù)加油直到發(fā)生變型。第25頁/共47頁第二十五頁，共48頁。自然(zrn)乳化分散法 把乳化劑加到油中，制成溶液(rngy)直接投入水中，可制成O/W型乳狀液，有時需稍加攪拌。農(nóng)藥乳狀液如敵敵畏乳劑就以此(y c)法制得。第26頁/共47頁第二十六頁，共48頁。瞬間(shn jin)成皂法 將脂肪酸溶于油中，堿溶于水中，然后在劇烈(jli)攪拌下將兩相混合，在混合瞬

13、間界面上形成了脂肪酸鈉，這就是O/W型乳化劑。界面(jimin)復(fù)合物生成法 在油相中加入一種易溶于油的乳化劑，在水相中加入一種易溶于水的乳化劑。當(dāng)油和水相互混合，并劇烈攪拌時，兩種乳化劑在界面上相互作用并形成穩(wěn)定的復(fù)合物。第27頁/共47頁第二十七頁，共48頁。輪流(lnli)加液法 將水和油輪流(lnli)加入乳化劑中，每次少量加入。制備(zhbi)某些食品乳狀液就用此法。第28頁/共47頁第二十八頁，共48頁。4.1.5 乳狀液的轉(zhuǎn)型(zhun xn)與破壞乳狀液的轉(zhuǎn)型(zhun xn)1.乳化劑類型(lixng)的變更 按楔子理論，乳化劑的構(gòu)型是決定乳狀液類型的重要因素，乳化劑構(gòu)型轉(zhuǎn)變

14、就會導(dǎo)致乳狀液的轉(zhuǎn)型。2.相體積的影響 乳狀液的內(nèi)相體積占總體積26%以下的體系是穩(wěn)定的，如果不斷加入內(nèi)相液體，其體積超過74.02%，內(nèi)相有可能轉(zhuǎn)變?yōu)橥庀?，乳狀液就發(fā)生轉(zhuǎn)型。第29頁/共47頁第二十九頁，共48頁。3. 溫度(wnd)的影響 有些使用(shyng)非離子型表面活性劑作為乳化劑的乳狀液，當(dāng)溫度升高時乳化劑分子的親水性變差，親油性增強(qiáng)。在某一溫度時，由非離子型表面活性劑所穩(wěn)定的O/W型乳狀液將轉(zhuǎn)變成為W/O型乳狀液，這一溫度稱為轉(zhuǎn)型溫度（簡稱PIT）。第30頁/共47頁第三十頁，共48頁。4. 電解質(zhì) 大量電解質(zhì)的加入可能(knng)使乳狀液變型。以油酸鈉為乳化劑的苯在水中的乳狀

15、液為例，加入0.5moldm-3NaCl時可變?yōu)閃/O型的。這是因為電解質(zhì)濃度很大時，離子型皂的離解度大大下降，親水性也因此而降低，甚至?xí)怨腆w皂的形式析出，乳化劑親水親油性質(zhì)的這種變化最終導(dǎo)致乳狀液的變型。第31頁/共47頁第三十一頁，共48頁。4.1.5.2 乳狀液的破壞(phui)1.加熱(ji r)破乳 升溫加速乳狀液液珠的布朗運動使絮凝速率加快(ji kui)，同時使界面粘度迅速降低，使聚結(jié)速率加快(ji kui)，有利于膜的破裂。2.高壓電破乳 高壓電場的破乳較復(fù)雜不能只看作擴(kuò)散雙電層的破壞，在電場下液珠質(zhì)點可排成一行，呈珍珠項鏈?zhǔn)?，?dāng)電壓升到某一值時，聚結(jié)過程在瞬間完成。第32頁

16、/共47頁第三十二頁，共48頁。3.過濾(gul)破乳 當(dāng)乳狀液經(jīng)過一個多孔性介質(zhì)(jizh)時，由于油和水對固體潤濕性的差別，也可引起破乳。4.化學(xué)(huxu)破乳 化學(xué)破乳的原則是破壞吸附在界面上的乳化劑，使其失去乳化能力。常用的是使用破乳劑。破乳劑也是一種表面活性劑，有很高的表面活性，能將界面上原來存在的乳化劑頂替走；但破乳劑分子一般具有分支結(jié)構(gòu)，不能在界面上緊密排列成牢固的界面膜，從而使乳狀液的穩(wěn)定性大大降低。 第33頁/共47頁第三十三頁，共48頁。5.電解質(zhì)破乳 對于(duy)稀的乳狀液，起穩(wěn)定作用的是擴(kuò)散雙電層，加入電解質(zhì)可破壞雙電層，也能使乳狀液聚沉第34頁/共47頁第三十四頁

17、，共48頁。4.1.6 乳狀液的應(yīng)用(yngyng)控制(kngzh)反應(yīng) 許多放熱反應(yīng)(fnyng)，反應(yīng)(fnyng)時溫度急劇上升，能促進(jìn)副反應(yīng)(fnyng)的發(fā)生，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。若將反應(yīng)(fnyng)物制成乳狀液后再反應(yīng)(fnyng)，即可避免上述缺點。因為反應(yīng)(fnyng)物分散成小液滴后，在每個液滴中反應(yīng)(fnyng)物數(shù)量較少，產(chǎn)生熱量也少，并且乳狀液對象界面面積大，散熱快，容易控制溫度。高分子化學(xué)中常使用乳液聚合反應(yīng)(fnyng)，以制得較高質(zhì)量的反應(yīng)(fnyng)。第35頁/共47頁第三十五頁，共48頁。4.1.6.2 農(nóng)藥(nngyo)乳劑 將殺蟲藥，滅菌劑制成O/W型

18、乳劑使用，不但(bdn)藥物用量少，而且能均勻地在植物葉上鋪展，提高殺蟲、滅菌效率4.1.6.3 瀝青(lqng)乳狀液 瀝青的黏度很大，不便于在室溫下直接用于鋪路面。若用陽離子型乳化劑將其制成O/W型乳狀液，則表觀黏度大大降低，并改善了對砂石的潤濕性。第36頁/共47頁第三十六頁，共48頁。微乳狀液 1950年，舒爾曼（Schulman）發(fā)現(xiàn),在由水、油和乳化劑所形成(xngchng)的乳狀液中加入第四種物質(zhì)（乳化助劑），當(dāng)用量適當(dāng)時可以形成(xngchng)一種外觀透明均勻的液-液分散體系，這就是微乳狀液（或微乳液）。定義：兩種互不相溶液體在表面活性劑界面膜作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同

19、性( xin tn xn)的、低粘度的、透明的、均相的分散體系。第37頁/共47頁第三十七頁，共48頁。 微乳液也可分為不同的類型(lixng)，除了O/W型和W/O型外，還有雙連續(xù)型，O/W型和W/O型結(jié)構(gòu)已有實驗證明是球形，雙連續(xù)型有各種模式。油水第38頁/共47頁第三十八頁，共48頁。4.2 泡沫(pom)4.2.1 泡沫(pom)液膜的特點4.2.2 泡沫(pom)的穩(wěn)定性4.2.3 泡沫的破壞第39頁/共47頁第三十九頁，共48頁。4.2 泡沫(pom)表面(biomin)活性劑的起泡作用第40頁/共47頁第四十頁，共48頁。4.2.1 泡沫(pom)液膜的特點 B部分為兩個(lin

20、 )氣泡的交界處，界面是平坦的，A是三個氣泡的交界處，界面時彎曲的。三個氣泡(qpo)的液膜分界面的示意圖 由拉普拉斯公式可知，B處的壓力比A處高，所以B部分液體總是向A部分流動，使液膜不斷變薄，最終可能導(dǎo)致破裂。第41頁/共47頁第四十一頁，共48頁。 由于阻力的存在，膜達(dá)到一定的厚度可能達(dá)到暫時平衡。從曲面(qmin)壓力看，膜之間夾角為120度時，泡沫最穩(wěn)定。4.2.1 泡沫(pom)液膜的特點三個氣泡(qpo)的液膜分界面的示意圖第42頁/共47頁第四十二頁，共48頁。4.2.1 泡沫(pom)液膜的特點 膜之間夾角為120度時，泡沫(pom)最穩(wěn)定，所以在多邊形泡沫(pom)結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)是六邊形。第43頁/共47頁第四十三頁，共48頁。4.2.2 泡沫(pom)的穩(wěn)定性增加表面(biomin)粘度 表面(biomin)粘度是液體表面(biomin)上單