乳狀液和泡沫

1、乳狀液和泡沫第1頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1 乳狀液4.2 泡沫第2頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.1乳狀液的類型4.1 乳狀液4.1.2 影響乳狀液類型的因素4.1.3 乳狀液的穩(wěn)定性與乳化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4.1.7微乳狀液第3頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.1乳狀液的類型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 所形成的粗粒分散系。 僅僅兩種不相容的純液體（如油

2、和水）并不能形成乳狀液，它們必須在乳化劑（如肥皂）的作用下才能穩(wěn)定。 如牛奶，含水石油，乳化農(nóng)藥等。第4頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 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4.1.1乳狀液的類型O/W (水包油型)W/O (油包水型)第5頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 在適當(dāng)?shù)娜榛瘎l件下，可形成O/W (水包油型)或W/O (油包水型)乳狀液。4.1.1乳狀液的類型O/W型: 牛奶、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6頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星

3、期日 W/O型和O/W型兩類乳狀液通?？捎靡韵聨追N方法鑒別：1稀釋法 水加到O/W乳狀液中，乳狀液被稀釋；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7頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日2染色法 將極微量的油溶性染料加到乳狀液中，若整個(gè)乳狀液帶有染料顏色的是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。染色法微觀示意圖(以蘇丹為例）第8頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日3電導(dǎo)法 通常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

4、乳化劑，也有較好導(dǎo)電性）。4濾紙潤濕法 由于濾紙容易被水所潤濕，將O/W型乳狀液滴在濾紙上后會(huì)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(duì)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9頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.2 影響乳狀液類型的因素4.1.2.1相體積 乳狀液的分散相被稱為內(nèi)相，分散介質(zhì)被稱為外相。 在1910年，Ostward根據(jù)立體幾何的觀點(diǎn)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(jì)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10頁，共47頁，20

5、22年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 若分散相相體積大于74.02%, 乳狀液就會(huì)變型。4.1.2.1相體積 如水的體積占總體積的2674.02%時(shí)O/W型、W/O型兩種乳狀液都有形成的可能性。若小于26%只能形成W/O型乳狀液，若大于74.02%只能形成O/W型乳狀液。此理論有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。第11頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.2.1相體積 一些乳狀液的內(nèi)相濃度可以超過0.74很多，卻并不發(fā)生變型。（a）不均勻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12頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 乳化劑分子的空間構(gòu)型

6、（分子中極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)截面積之比）對(duì)乳狀液的類型起重要作用。 將乳化劑比喻為兩頭大小不等的楔子，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。4.1.2.2乳化劑分子構(gòu)型例外：一價(jià)銀肥皂，作為乳化劑形成W/O型乳狀液第13頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.2.2乳化劑分子構(gòu)型 一價(jià)堿金屬皂類，形狀是： 親水端為大頭，作為乳化劑時(shí)，容易形成O/w型乳狀液。油水 二價(jià)堿金屬皂類，極性基團(tuán)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14頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.

7、1.2.3乳化劑溶解度 Bancroft提出，油水兩相中，對(duì)乳化劑溶度大的一相成為外相。例如：堿金屬的皂類是水溶性的，故形成O/W型乳狀液，二價(jià)與三價(jià)金屬皂足油溶性的，它們都形成WO型乳狀液。第15頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.2.3乳化劑溶解度 以固體粉末為乳化劑時(shí)，若要使固體微粒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、Al2O3，可形成O/W乳狀液。油水第16頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 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4.1.2.3乳化劑溶解度第

8、17頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.2.4聚結(jié)速度 1957年Davies提出了一個(gè)關(guān)于乳狀液類型的定量理論： 在乳化劑、油、水一起搖蕩時(shí)，油相與水相都破裂成液滴，形成圖(a)與(b)中左半邊所示的情形。第18頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日（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，則相體積大者構(gòu)成外相。4.1.2.4聚結(jié)速度 乳化劑吸附在液滴的界面上，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19頁，共47頁，2022年，5月

9、20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.3 乳狀液的穩(wěn)定性與乳化4.1.3.1乳狀液不穩(wěn)定性的表現(xiàn)第20頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.3.2 乳化劑與乳化作用乳化作用(乳化)：乳化劑使乳狀液穩(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(duì)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(jià)值的。第21頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日HLB范圍 應(yīng)用類型 36 W/O乳化劑79 潤濕劑

10、 818 O/W乳化劑1315 洗滌劑1518 加溶劑4.1.3.2 乳化劑與乳化作用第22頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.3.3影響乳狀液穩(wěn)定性的主要因素1.界面張力 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，可以加入表面活性劑降低表面張力，以增強(qiáng)乳狀液的穩(wěn)定性。第23頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 為提高界面膜的機(jī)械強(qiáng)度有時(shí)使用混合乳化劑，不同乳化劑分子間相互作用可以使界面膜更堅(jiān)固，乳狀液更穩(wěn)定。2.界面膜的性質(zhì) 界面膜的機(jī)械強(qiáng)度是決定乳狀液穩(wěn)定性的主要因素。大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明：（1）要有足夠量的乳

11、化劑才能有良好的乳化效果（2）直鏈結(jié)構(gòu)的乳化劑的乳化效果一般優(yōu)于支鏈結(jié)構(gòu)的。第24頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日3.液滴雙電層的排斥作用 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)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型乳狀液中的水珠則往往帶正電。反離子形成擴(kuò)散雙電層，熱力學(xué)電勢(shì)及較厚的雙電層使乳狀液穩(wěn)定。第25頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.4 乳狀液的制備4.1.4.1轉(zhuǎn)相乳化法 （1）將乳化劑先溶于油中

12、加熱，在劇烈攪拌下慢慢加入溫水，加入的水開始以細(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26頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.4.2自然乳化分散法 把乳化劑加到油中，制成溶液直接投入水中，可制成O/W型乳狀液，有時(shí)需稍加攪拌。農(nóng)藥乳狀液如敵敵畏乳劑就以此法制得。第27頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.4.3瞬間成皂法 將脂肪酸溶于油中，堿溶于水中，然后

13、在劇烈攪拌下將兩相混合，在混合瞬間界面上形成了脂肪酸鈉，這就是O/W型乳化劑。4.1.4.4界面復(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(shí)，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28頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.4.5輪流加液法 將水和油輪流加入乳化劑中，每次少量加入。制備某些食品乳狀液就用此法。第29頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.5 乳狀液的轉(zhuǎn)型與破壞4.1.5.1乳狀液的轉(zhuǎn)型1.乳化劑類型的變更 按楔子理論，乳化劑的構(gòu)型是決定乳狀液類型的重要因

14、素，乳化劑構(gòu)型轉(zhuǎn)變就會(huì)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30頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日3. 溫度的影響 有些使用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(shí)乳化劑分子的親水性變差，親油性增強(qiáng)。在某一溫度時(shí)，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31頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4. 電解質(zhì) 大量電解質(zhì)的加入可能使乳狀液變型。以油

15、酸鈉為乳化劑的苯在水中的乳狀液為例，加入0.5moldm-3NaCl時(shí)可變?yōu)閃/O型的。這是因?yàn)殡娊赓|(zhì)濃度很大時(shí)，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32頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.5.2 乳狀液的破壞1.加熱破乳 升溫加速乳狀液液珠的布朗運(yùn)動(dòng)使絮凝速率加快，同時(shí)使界面粘度迅速降低，使聚結(jié)速率加快，有利于膜的破裂。2.高壓電破乳 高壓電場(chǎng)的破乳較復(fù)雜不能只看作擴(kuò)散雙電層的破壞，在電場(chǎng)下液珠質(zhì)點(diǎn)可排成一行，呈珍珠項(xiàng)鏈?zhǔn)剑?dāng)電壓升到某一值時(shí)，聚結(jié)過程在瞬間完成。第33頁，共4

16、7頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日3.過濾破乳 當(dāng)乳狀液經(jīng)過一個(gè)多孔性介質(zhì)時(shí)，由于油和水對(duì)固體潤濕性的差別，也可引起破乳。4.化學(xué)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34頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日5.電解質(zhì)破乳 對(duì)于稀的乳狀液，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35頁，共47頁，2022年，5

17、月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.6 乳狀液的應(yīng)用4.1.6.1控制反應(yīng) 許多放熱反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)溫度急劇上升，能促進(jìn)副反應(yīng)的發(fā)生，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。若將反應(yīng)物制成乳狀液后再反應(yīng)，即可避免上述缺點(diǎn)。因?yàn)榉磻?yīng)物分散成小液滴后，在每個(gè)液滴中反應(yīng)物數(shù)量較少，產(chǎn)生熱量也少，并且乳狀液對(duì)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)，以制得較高質(zhì)量的反應(yīng)。第36頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.6.2 農(nóng)藥乳劑 將殺蟲藥，滅菌劑制成O/W型乳劑使用，不但藥物用量少，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 瀝青乳狀液 瀝青的黏度很大，不

18、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(duì)砂石的潤濕性。第37頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.1.7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(shí)可以形成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、各向同性的、低粘度的、透明的、均相的分散體系。第38頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 微乳液也可分為不同的類型，除了O/W型和

19、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(shí)驗(yàn)證明是球形，雙連續(xù)型有各種模式。油水第39頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.2 泡沫4.2.1 泡沫液膜的特點(diǎn)4.2.2 泡沫的穩(wěn)定性4.2.3 泡沫的破壞第40頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.2 泡沫表面活性劑的起泡作用第41頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日4.2.1 泡沫液膜的特點(diǎn) B部分為兩個(gè)氣泡的交界處，界面是平坦的，A是三個(gè)氣泡的交界處，界面時(shí)彎曲的。三個(gè)氣泡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(dòng)，使液膜不斷變薄，最終可能導(dǎo)致破裂。第42頁，共47頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)47分，星期日 由于阻力的存在，膜達(dá)到一定的厚度可能達(dá)到暫時(shí)平衡。從曲