МИКРОГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ. ЭМУЛЬСИИ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты

Эмульсии - системы образованные смешиванием двух взаимонерастворимых жидкостей, т. е. это лиофобные дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой.

Лиофильные эмульсии - критически эмульсии образованные из двух ограниченно смешивающихся жидкостей.

Классификация лиофобных эмульсий.

    1) По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды. В зависимости от условий образования любая из двух жидкостей, образующих дисперсную систему, может оказаться как дисперсной фазой, так и дисперсионной средой. А) Прямые эмульсии (дисперсия масла в воде, сокращенно М/В); Б) Обратные эмульсии (дисперсия воды в масле, сокращенно В/М).

Символ масло обозначает любую неполярную среду: бензол, жир, углеводороды, любые пищевые и минеральные масла. Полярная жидкость обозначена термином "вода".

    2) По концентрации дисперсной фазы в системе. Эмульсии образуют системы со сферическими частицами дисперсной фазы в широком диапазоне концентраций (от 0,001 % до 90 %):
      А) Разбавленные эмульсии содержат до 0,1 % дисперсной фазы по объему, отношение объемов дисперсной фазы и дисперсионной среды 10-3 (эмульсия машинного масла в конденсате при работе паровых машин). Диаметр капелек около 10-5 см (100 нм) близок к коллоидным системам. Образуются обычно без эмульгаторов, очень устойчивы, разрушить очень трудно (придать частицам заряд, коагулировать); Б) Концентрированные эмульсии содержат до 74 %, отношение объемов фаз 2,84, диаметр капелек от 0,1 - 1 мкм и выше, частицы дисперсной фазы плотно упакованы. Для монодисперсных систем со сферическими частицами доля объема на пустоты 26 % объемн. Для полидисперсных систем, то концентрация дисперсной фазы выше 74 %., частицы сферической формы, легко седиментируются (тем легче, чем больше разница между плотностями дисперсной фазы и дисперсионной среды). Если плотность дисперсной фазы меньше, то наблюдается обратная седиментация (всплывание капелек). Без присутствия эмульгаторов не образуются; В) Высококонцентрированные или желатиновые эмульсии (свыше 74 % дисперсной фазы). Частицы теряют сферическую форму - полиэдры (могогранники) разделены тонкими прослойками дисперсионной среды. Тонкие слои теряют текучесть, очень вязкие, система теряет жидкообразный вид, может резаться ножом, подобны гелю, не способны седиментироваться.

Способы получения эмульсий.

1) Диспергирование (эмульгирование) одной жидкости в другой в присутствии эмульгаторов (ПАВ). Для эмульгирования жидкостей применяют различные устройства, основанные на воздействии вибрации, ультразвука, действии больших градиентов скоростей сдвига (в коллоидных мельницах), на соударении струи двух жидкостей, вытекающих из узких отверстий и т. п.

При получении эмульсии М/В - масляную фазу добавляют по частям к воде, эмульгатор добавляют перед смешиванием фаз либо в воду, либо в масло. Системы типа В/М образуются при добавлении воды в масляный раствор эмульгатора.

    2) Конденсационным путем образуются лишь некоторые, в основном, разбавленные эмульсии (эмульсия масел в водах паровых котлов). 3) Самопроизвольное эмульгирование заключается в том, что эмульсия двух соприкасающихся жидкостей образуется без внешнего перемешивания. Самопроизвольное эмульгирование наблюдается тогда, когда межфазное натяжение на границе вода - масло снижено введение эмульгатора до очень малой величины.

Свойства эмульсий изменяются в зависимости от концентрации дисперсной фазы системы. В разбавленных эмульсиях расстояние между частицами дисперсной фазы по крайне мере на десятичный порядок больше самих частиц, в этом случае можно пренебречь взаимодействием между частицами. Предел 74% устанавливается, т. к. он отвечает монодисперсному состоянию фазы, состоящей из сферических частиц. При большем содержании дисперсной фазы может происходить деформация капель.

Легкость образования эмульсии и повышение ее устойчивости обеспечивают введением ПАВ, ВМС, порошков, которые адсорбируются на поверхности раздела, уменьшают поверхностное натяжение - Эмульгаторы.

Ориентирование ПАВ в эмульсии следует по правилу Ребиндера.

Правило Ребиндера: уравнивание полярностей: полярные группы ПАВ обращены к полярной фазе, а неполярные группы - к неполярной фазе.

В результате эмульсия приобретает заряд - на их поверхности возникают адсорбционно-сольватные слои, что обеспечивает стабильность эмульсии.

Эмульгируюшая способность ПАВ характеризуется Гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) - соотношение между гидрофильными свойствами полярной группы и липофильными свойствами углеводородного радикала. Это эмпирическая шкала значений ГЛБ, предложенная У. Гриффином.

По этой шкале значение ГЛБ зависит от размера радикала (чем выше углеводородный заместитель, тем меньше ГЛБ), или чем выше гидрофильность, тем выше число ГЛБ. По шкале Гриффина эмульгаторы занимают промежуточное положение между соотношениями, в которых преобладает влияние полярной части, и соединениями, на свойства которых большое влияние оказывает неполярная часть молекулы. Этому условию соответствует такое строение ПАВ, при котором энергия взаимодействия его с водой (сродство к воде) в незначительной мере отличается от сродства к маслу.

Ориентировочную оценку ГЛБ можно сделать по состоянию эмульгаторов в воде (табл. 7).

Таблица 7. Значения ГЛБ в зависимости от растворимости вещества в воде

Состояние в воде

ГЛБ

Не дипергируются

1 - 4

Слабо диспергируются

3 - 6

При сильном перемешивании дает дисперсию типа молока

6 - 8

Стабильная дисперсия типа молока

8 - 10

Дисперсия от светлой до прозрачной

10 - 13

Прозрачный раствор

Выше 13

Области применения ПАВ в зависимости от значения ГЛБ:

Для получения обратных эмульсий типа В/М

3 - 6

Для перехода от эмульсий типа М/В к В/М

7 - 8

Для получения смачивателей

7 - 9

Для получения устойчивых эмульсий типа М/В

8 - 13

Моющих средств

13 - 15

Для солюбилизаторов водных растворов

15 - 16

Роль энергетики взаимодействия молекул ПАВ с жидкостями находят отражение в правиле Банкрофта.

В соответствии с Правилом Банкрофта при эмульгировании дисперсионной средой становиться та жидкость, в которой молекулы ПАВ лучше растворимы, т. е. водорастворимые ПАВ являются стабилизаторами прямых эмульсий (М/В), ГЛБ = 8 ч 13 (мыла), а малорастворимые - обратных (В/М), ГЛБ 3 ч 6.

Обращение фаз эмульсии (инверсия)- переход эмульсии одного типа В/М в другой тип М/В и наоборот.

Способы осуществления инверсии:

    1) добавка эмульгатора противоположного действия (в эмульсии М/В добавить мыла поливалентных металлов, которые стабилизируют эмульсии типа В/М); 2) введение в эмульсию веществ, взаимодействующих с эмульгатором; 3) добавление электролита: солей щелочных и щелочноземельных металлов, взаимодействие с мылом - мыла стабилизирующие В/М (эмульсии растительных масел, стабилизированы натриевыми мылами, добавка CaCl2 и других солей щелочно-земельных металлов, образуются кальциевые, стронциевые и другие мыла, которые стабилизируют эмульсии В/М); 4) повышение концентрации дисперсной фазы; 5) изменение температуры: температура, при которой происходит переход эмульсии М/В > В/М и обратный переход В/М > М/В называется Температурой обращения фаз и соответствует такой температуре, при которой уравниваются действия гидрофильной и гидрофобной частей эмульгаторов и связано с величиной ГЛБ системы; 6) длительное механическое воздействие (сливки М/В - масло В/М).

Похожие статьи




МИКРОГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ. ЭМУЛЬСИИ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты

Предыдущая | Следующая