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1、乳状液和泡沫乳状液和泡沫7.1 乳状液一、一、乳状液（乳状液（emulsion）定义）定义：是一种多相分散系统，它是一是一种多相分散系统，它是一种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中所构成的。所构成的。通常将形成乳状液时被分散的相称为通常将形成乳状液时被分散的相称为内相内相，而作为分散介，而作为分散介质的相称为质的相称为外相外相。内相是不连续的，外相是连续的。内相是不连续的，外相是连续的。乳状液中分散相粒子的大小约在乳状液中分散相粒子的大小约在0.110um，属于粗分散，属于粗分散系统。但由于它具有多相和易聚结的不稳定性等特
2、点，故也作系统。但由于它具有多相和易聚结的不稳定性等特点，故也作为胶体化学研究的对象。为胶体化学研究的对象。如牛奶如牛奶,含水石油含水石油,炼油厂的废水炼油厂的废水,乳化农药等。乳化农药等。乳化剂：能够提高乳液稳定性的物质乳化剂：能够提高乳液稳定性的物质二、乳状液的类型二、乳状液的类型（1）油）油/水型（水型（O/W）即水包油型即水包油型,微小油滴分散在水中。微小油滴分散在水中。（2）水）水/油型（油型（W/O）即油包水型即油包水型,微小水滴分散在油中。微小水滴分散在油中。还有还有复乳型复乳型，如微小水滴分散在油中，如微小水滴分散在油中，再分散在水中再分散在水中W/O/W，有其特殊用途，但，有
3、其特殊用途，但并不见。并不见。7.1 乳状液三、鉴别乳状液的类型的方法三、鉴别乳状液的类型的方法（1）稀释法）稀释法 乳状液能为其外相液体所稀释。取少量乳状液能为其外相液体所稀释。取少量乳状液滴入水中或油中乳状液滴入水中或油中,若乳状液能在水中稀释即为若乳状液能在水中稀释即为O/W型型;在油中稀释则为在油中稀释则为W/O型。型。（2）染色法）染色法 在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的染料染料,在显微镜下观察是内相还是外相被染色。在显微镜下观察是内相还是外相被染色。（3）电导法）电导法 未加离子型乳化剂时未加离子型乳化剂时,O/W型导电性比型导电性比W/O强。强
4、。7.1 乳状液7.2 乳状液的物理性质一、乳状液的外观与液珠大小的关系一、乳状液的外观与液珠大小的关系用不同的制备方法可以得到不同大小的内相液珠，由于用不同的制备方法可以得到不同大小的内相液珠，由于它们对光的吸收、散射、反射等性质不同，所以具有不同的它们对光的吸收、散射、反射等性质不同，所以具有不同的外观。外观。表7-1乳状液的外观与液珠大小的关系液珠大小外观大滴1um10.1um0.10.05um0.05um可分辨出有两相存在乳白色乳状液蓝白色乳状液灰色半透明透明二、光学性质 乳状液分散相与分散介质的折光率不同，发生发射、折射与散射现象。外观差别液珠直径大于光的波长，反射；乳白色液珠远小于
5、光的波长，光线透过，透明略小于光的波长，散射，丁达尔现象。液珠透明，可能产生折射现象。7.2 乳状液的物理性质7.2 乳状液的物理性质三、动力性质和粘度 乳液粘度随内相含量变化，近似由Einstein公式描述：7.2 乳状液的物理性质内相浓度达到50左右：乳化剂对乳状液粘度影响7.2 乳状液的物理性质7.2 乳状液的物理性质四、电性质提高乳状液稳定性的措施主要有：提高乳状液稳定性的措施主要有：7.3 乳状液的稳定因素一、降低油水界面张力 乳化液中存在大面积的液乳化液中存在大面积的液-液界面。加入少量表面活液界面。加入少量表面活性剂在两相界面产生正吸附性剂在两相界面产生正吸附,能显著能显著降低的
6、液降低的液-液界面的液界面的界面张力界面张力,使系统的表面吉布斯函数降低使系统的表面吉布斯函数降低,稳定性增加。稳定性增加。二、增加液珠界面的电荷7.3 乳状液的稳定因素液珠电荷来源:电离、吸附和介质摩擦乳化剂负离子定向吸附在油乳化剂负离子定向吸附在油-水界面上水界面上,带电的一端指向水带电的一端指向水,反反离子则呈扩散状分布离子则呈扩散状分布,形成扩散双电层形成扩散双电层,它一般具有较大的热力它一般具有较大的热力学电势及较厚的双电层学电势及较厚的双电层,使乳状液处于较稳定的状态。使乳状液处于较稳定的状态。一般一般O/W型乳化液中油滴常带负电；反之，在型乳化液中油滴常带负电；反之，在W/O型乳
7、化液中型乳化液中水滴带正电。水滴带正电。7.3 乳状液的稳定因素（a）无表面活性剂（b）存在表面活性剂（c）在（b）基础上加入无机盐三、提高界面膜强度 乳化过程也是分散相液滴表面的成膜过程乳化过程也是分散相液滴表面的成膜过程,界面膜的厚度界面膜的厚度,特别是强度和韧性特别是强度和韧性,对乳状液的稳定性起着举足轻重的作用。对乳状液的稳定性起着举足轻重的作用。乳化剂的亲水端和憎水端的截面积常大小不等。它吸附在油乳化剂的亲水端和憎水端的截面积常大小不等。它吸附在油-水界面上时水界面上时,常呈现常呈现“大头大头”朝外朝外,“小头小头”朝里的构型朝里的构型,使使分散相液滴的面积最小分散相液滴的面积最小,
8、界面吉布斯函数最低界面吉布斯函数最低,且界面膜更牢固。且界面膜更牢固。7.3 乳状液的稳定因素O/W W/O四、固体粉末稳定作用 粉末乳化剂和通常的表面活性剂一样，只有当它们处在粉末乳化剂和通常的表面活性剂一样，只有当它们处在内外两相界面上时才能起到乳化剂的作用。内外两相界面上时才能起到乳化剂的作用。7.3 乳状液的稳定因素固体粉末处在油相、水相还是两相界面上，取决于粉末的固体粉末处在油相、水相还是两相界面上，取决于粉末的亲水亲油性。亲水亲油性。油油水水 固体颗粒在油固体颗粒在油-水界面上的三种润湿情况水界面上的三种润湿情况(左左)90,颗粒不能被颗粒不能被水润湿而更多地进入油中水润湿而更多地
9、进入油中;(中中)=90,颗粒的亲水颗粒的亲水亲油性均等亲油性均等;(右右)90,颗粒能被水颗粒能被水润湿而更多地进入水中润湿而更多地进入水中.7.3 乳状液的稳定因素根据空间效应根据空间效应,为使固体微粒在分散相的周围排列成紧密为使固体微粒在分散相的周围排列成紧密的固体膜的固体膜,固体粒子的大部分应当处在分散介质中固体粒子的大部分应当处在分散介质中,这样粒子这样粒子在油在油-水界面上的不同润湿情况就会产生不同类型的乳状液。水界面上的不同润湿情况就会产生不同类型的乳状液。油油水水固体粉末乳化作用示意图固体粉末乳化作用示意图油油水水O/W 型W/O 型7.3 乳状液的稳定因素当粒子能被水润湿时当
10、粒子能被水润湿时,粒子大部分处于水中粒子大部分处于水中,形成水包油形成水包油型乳状液。如粘土型乳状液。如粘土,Al2O3等固体微粒等固体微粒;当粒子易被油润湿时当粒子易被油润湿时,粒子大部分处于油中粒子大部分处于油中,形成油包水形成油包水型乳状液。如炭黑型乳状液。如炭黑,石墨粉等。石墨粉等。固体颗粒的尺寸应远小于分散相的尺寸。固体表面愈粗糙固体颗粒的尺寸应远小于分散相的尺寸。固体表面愈粗糙,形状愈不对称形状愈不对称,愈易于形成牢固的固体膜愈易于形成牢固的固体膜,使乳状液愈稳定。使乳状液愈稳定。7.3 乳状液的稳定因素 最初人们认为量多的液体为外相，目前可制备内相高达90的乳状液。7.4 影响乳
11、状液类型的因素一、相体积最紧密堆积原理：大小相同球形液珠，最大体积74。分散相体积大于74%,乳液类型改变。某相2674%，W/O、O/W某相26%，仅为分散相高效乳化剂7.4 影响乳状液类型的因素二、乳化剂分子构型7.4 影响乳状液类型的因素楔子理论三、乳化剂溶解度7.4 影响乳状液类型的因素分配系数比：乳化剂在水相和油相中溶解度之比分配系数越大，O/W；越小，W/O四、其他因素1.聚结速率 聚结速率快的，形成外相2.润湿性润湿固体的液体形成外相3.双界面张力界面张力较高一边液体成为内相。7.4 影响乳状液类型的因素7.5 乳化剂分类和选择7.5 乳化剂分类和选择7.5 乳化剂分类和选择HL
12、B选择乳化剂7.5 乳化剂分类和选择乳化效率：乳液稳定性的标志7.5 乳化剂分类和选择7.6 乳液制备7.6 乳液制备7.6 乳液制备7.6 乳液制备乳状液的破坏表示乳状液不稳定。乳状液的不稳定性，乳状液的破坏表示乳状液不稳定。乳状液的不稳定性，表现为表现为分层、变型和破乳分层、变型和破乳。（1）分层分层往往是破乳的前导，轻轻的油滴上浮但并往往是破乳的前导，轻轻的油滴上浮但并不改变分散度。如牛奶的分层现象。不改变分散度。如牛奶的分层现象。（2）变型变型是指乳状液由是指乳状液由O/W型变为型变为W/O型（或反之）型（或反之）。影响变型的因素：改变乳化剂、变更两相的体积比、改变。影响变型的因素：改
13、变乳化剂、变更两相的体积比、改变温度以及电解质的影响等。温度以及电解质的影响等。（3）破乳破乳将油和水分离的过程。与分层不同，分层将油和水分离的过程。与分层不同，分层还有两种乳状液存在，而破乳是使两种液体完全分离。还有两种乳状液存在，而破乳是使两种液体完全分离。7.8 乳液的不稳定性7.8 乳液的不稳定性乳状液稳定的主要因素是应具有足够机械强度的保护膜。乳状液稳定的主要因素是应具有足够机械强度的保护膜。因此，只要是能使保护膜减弱的因素原则上都有利于破乳。因此，只要是能使保护膜减弱的因素原则上都有利于破乳。几种常用的破乳方法几种常用的破乳方法:化学法在乳状液中加入反型乳化剂，会使原来的乳化学法在
14、乳状液中加入反型乳化剂，会使原来的乳状液变得不稳定而破坏。反型乳化剂即是破乳剂。状液变得不稳定而破坏。反型乳化剂即是破乳剂。顶替法顶替法用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化剂。的乳化剂。电破乳法此法常用于电破乳法此法常用于W/O型乳状液的破乳。由于油型乳状液的破乳。由于油的电阻率很大，工业上常用高压交流电破乳。的电阻率很大，工业上常用高压交流电破乳。7.8 乳液的不稳定性 加热法升温一方面可以增加乳化剂的溶解度，从加热法升温一方面可以增加乳化剂的溶解度，从而降低它在界面上的吸附量，消弱保护膜；另一方面，升温而降低它在界面上的吸附量，消弱保护膜；另一
15、方面，升温可以降低外相的黏度，从而有利于增加液滴相碰的机会，所可以降低外相的黏度，从而有利于增加液滴相碰的机会，所以升温有利于破乳。以升温有利于破乳。机械法包括离心分离、泡沫分离、蒸馏和过滤等。机械法包括离心分离、泡沫分离、蒸馏和过滤等。通常先将乳状液加热再以离心分离或过滤。通常先将乳状液加热再以离心分离或过滤。总之，破乳的方法多种多样，究竟采用哪种方法，需根总之，破乳的方法多种多样，究竟采用哪种方法，需根据乳状液的具体情况来确定，在许多情况下常联合使用几种据乳状液的具体情况来确定，在许多情况下常联合使用几种方法。方法。7.8 乳液的不稳定性通常所说的乳状液颗粒大小常在通常所说的乳状液颗粒大小
16、常在0.150um之间，在普之间，在普通光学显微镜下可观测到。从外观看，一般都是乳白色、不通光学显微镜下可观测到。从外观看，一般都是乳白色、不透明的体系，故称为透明的体系，故称为“宏乳状液宏乳状液”（macroemulsion），简称），简称乳状液。乳状液。微乳状液微乳状液（microemulsion）：分散相粒子很小，常在）：分散相粒子很小，常在0.010.10um之间，由水、油、表面活性剂和助活性剂等四之间，由水、油、表面活性剂和助活性剂等四个组分以适当的比例自发形成的透明或透明的稳定体系，称个组分以适当的比例自发形成的透明或透明的稳定体系，称之为微乳状液，简称微乳液。之为微乳状液，简称微
17、乳液。微乳状液类型：微乳状液类型：O/W、W/O与双连续相结构。与双连续相结构。7.9 微乳液7.9 微乳液界面张力观点：泡沫泡沫:气体分散在液体或固体中所形成的粗分散系统。气体分散在液体或固体中所形成的粗分散系统。许多大小不等许多大小不等,形状各异的小气泡堆积在一起形状各异的小气泡堆积在一起,气泡之间的隔气泡之间的隔膜各处厚薄不一膜各处厚薄不一,气泡的线度一般在气泡的线度一般在100nm以上以上,肉眼可见。肉眼可见。可分为两种极端情况：可分为两种极端情况：稀泡沫为接近球形的气泡被相稀泡沫为接近球形的气泡被相当厚而黏的膜所分开；当厚而黏的膜所分开；浓泡沫主要为气相，是多边形气泡浓泡沫主要为气相
18、，是多边形气泡被薄的液膜所分开。被薄的液膜所分开。固体泡沫固体泡沫:分散介质为熔融体分散介质为熔融体,由于它具有很高黏度由于它具有很高黏度,使使小气泡既不易破裂又难于相互靠近小气泡既不易破裂又难于相互靠近,降温凝固后得到的气降温凝固后得到的气固相分散物质。如浮石固相分散物质。如浮石,泡沫玻璃泡沫玻璃,泡沫塑料等。泡沫塑料等。液体泡沫液体泡沫:分散介质是液体。分散介质是液体。7.10 泡沫纯液体只能形成暂时的泡沫，对于乳状液之类的液体，必纯液体只能形成暂时的泡沫，对于乳状液之类的液体，必须加入第三组分（发泡剂），才能获得稳定的泡沫。通常来须加入第三组分（发泡剂），才能获得稳定的泡沫。通常来说，好
19、的乳化剂也就是好的发泡剂。说，好的乳化剂也就是好的发泡剂。泡沫的稳定性取决于两个主要因素：泡沫的稳定性取决于两个主要因素：（1）液膜因排液而变薄的趋势；）液膜因排液而变薄的趋势；（2）因无规干扰而破裂的趋势。）因无规干扰而破裂的趋势。可能还有液膜的蒸发、穿过液膜的气体的扩散等因素。可能还有液膜的蒸发、穿过液膜的气体的扩散等因素。7.10 泡沫泡沫液膜的性能泡沫液膜的性能稳定泡沫膜间夹角稳定泡沫膜间夹角120 多边形泡沫结构多数为六边形多边形泡沫结构多数为六边形7.10 泡沫要得到比较稳定的液体泡沫须加入起泡剂要得到比较稳定的液体泡沫须加入起泡剂,它们在气液它们在气液界面上发生正吸附界面上发生正
20、吸附,形成定向排列的吸附膜形成定向排列的吸附膜,能显著地降低气能显著地降低气液界面张力液界面张力,又可增加界面膜的机械强度。又可增加界面膜的机械强度。表面活性剂的起泡作用表面活性剂的起泡作用7.10 泡沫双吸附膜作用：双吸附膜作用：阻止液体挥发；阻止液体挥发；提高粘度，阻止流失；提高粘度，阻止流失；提高吸附层强度；提高吸附层强度；离子基团排斥作用阻止液膜离子基团排斥作用阻止液膜变薄。变薄。泡沫的稳定性泡沫的稳定性泡沫的持久性，寿命长短。泡沫的持久性，寿命长短。生成期、排液后期。生成期、排液后期。7.10 泡沫表面粘度寿命长，表面张力不低。泡沫的稳定性泡沫的稳定性7.10 泡沫表面粘度表面粘度泡
21、沫的稳定性泡沫的稳定性7.10 泡沫修复作用修复作用效应效应液膜对抗表面扩张收缩的能力。表面活性剂的迁移作用。表面活性剂浓度的影响，饱和表面活性剂溶液效果并不理想。泡沫最稳定的浓度对应于：液膜电荷影响液膜电荷影响液膜较薄时，液膜上下表面同种电荷相斥维持泡沫稳定。泡沫的稳定性泡沫的稳定性7.10 泡沫透气性透气性液膜表面粘度高，透气低，泡沫较稳定。表面活性剂类型表面活性剂类型高表面粘度、强修复能力、电荷排斥分子作用强、水化性能强7.10 泡沫7.10 泡沫7.10 泡沫泡沫的应用很广泛泡沫的应用很广泛,如泡沫浮选、泡沫灭火剂、泡沫杀如泡沫浮选、泡沫灭火剂、泡沫杀虫剂、泡沫除尘及泡沫陶瓷等方面皆用
22、到泡沫技术。虫剂、泡沫除尘及泡沫陶瓷等方面皆用到泡沫技术。但在发酵、精馏、造纸、印染及污水处理等工艺过程但在发酵、精馏、造纸、印染及污水处理等工艺过程中中,泡沫的出现将会给操作带来诸多不便泡沫的出现将会给操作带来诸多不便,因此在这类工因此在这类工艺操作中艺操作中,必须设法防止泡沫的出现或破坏泡沫的存在。必须设法防止泡沫的出现或破坏泡沫的存在。消泡剂的作用在于对抗各种促进泡沫稳定的因素。一消泡剂的作用在于对抗各种促进泡沫稳定的因素。一般来说，消泡剂优先于发泡剂被吸附在界面上，但不具备般来说，消泡剂优先于发泡剂被吸附在界面上，但不具备稳定泡沫的能力，它们可能借快速吸附而生效。稳定泡沫的能力，它们可能借快速吸附而生效。7.10 泡沫