表面活性剂的性能与应用(Ⅷ)——表面活性剂的乳化作用及其应用

表面活性剂的性能与应用(Ⅷ)——表面活性剂的乳化作用及其

应用

张崴;周雅文;赵莉;徐宝财

【摘要】介绍了乳化作用的概念和乳状液的形成条件,简述了乳状液的基本性质、分类、鉴定方法及影响乳状液稳定性的因素,概述了如何选择乳化剂及HLB值的计算,介绍了乳化剂在农药、沥青、化妆品、食品和香料香精行业中的应用.

【期刊名称】《日用化学工业》

【年(卷),期】2015(045)001

【总页数】5页(P7-10,16)

【关键词】乳化剂;乳化作用;亲水亲油平衡值;应用

【作者】张崴;周雅文;赵莉;徐宝财

【作者单位】北京工商大学食品学院北京市食品风味化学重点实验室食品添加剂与配科北京高校工程研究中心,北京 100048;北京工商大学食品学院北京市食品风味化学重点实验室食品添加剂与配科北京高校工程研究中心,北京 100048;北京工商大学食品学院北京市食品风味化学重点实验室食品添加剂与配科北京高校工程研究中心,北京 100048;北京工商大学食品学院北京市食品风味化学重点实验室食品添加剂与配科北京高校工程研究中心,北京 100048

【正文语种】中文

【中图分类】TQ423

乳状液在日常生活与工农业生产中有广泛的应用，如在食品工业、高分子、涂料、医药、化妆品、农药、石油、纺织、洗涤等领域。稳定的乳状液体系中，需要有表面活性剂作为乳化剂提供乳化作用。因此，表面活性剂对乳状液的应用开发极其重要。

1 乳化作用的概念和乳状液的形成

乳液是由2种互不相溶的液体组成的分散体系，其中内相以液滴的形式分散于外相液体中［1］。乳化作用是指乳化剂使不相溶的油、水两相乳化形成相对稳定的乳状液的过程［2］。形成乳状液所用的乳化剂绝大多数是表面活性剂，由亲水基和疏水基2部分构成，能在油/水界面形成薄膜从而降低其表面张力。在上述过程中，由于表面活性剂的存在使得非极性憎水油滴变成了带电荷的胶粒，增大了表面积和表面能。由于极性和表面能的作用，带电荷的油滴吸附水中的反离子或极性水分子形成胶体双电层，阻止油滴间的相互碰撞，使油滴能较长时间稳定存在于水中［3］。

2 乳状液的基本性质、分类及鉴别

2.1 基本性质

乳状液的基本性质体现为粒径、流变性和界面电势等。乳状液液滴粒径的大小可用相对平均液滴直径来表示，还可用不同液滴累积的体积分数所对应的液滴粒径分布来评价乳状液液滴粒径分布。乳状液液滴粒径测定可用显微统计法、激光散射法、超声波法和超速离心机法［4］，近年来应用最广的是激光散射法［5］。在低浓度下，乳状液的黏度主要由分散介质决定，并且与乳状液液滴的大小和分布情况、乳化剂形成界面膜的流动性及所带电荷等有关［6］。乳状液的黏度可作为其稳定性的评价指标，乳状液分散相液滴粒径越大、剪切速率越大，其黏度越小，稳定性越差［7］。当乳状液的液滴由于电离、吸附和摩擦而带有电荷时，在电场中会定

向运动，其表面带有的电荷会形成双电层结构。

2.2 分类和鉴定方法

乳状液可分为水包油(O/W)型、油包水(W/O)型和多重乳状液。内相为水外相为油的乳状液为W/O型乳状液;内向为油外相为水的乳状液为O/W型乳状液。多重乳液也有2种类型，即 W/O/W型和O/W/O型。W/O/W型是含有分散水珠的油相悬浮在水相中，O/W/O型是含有分散油珠的水相悬浮在油相中。多重乳状液早在1925年被发现，但直到1965年才对其开展应用研究［8］。

乳状液的类型可用外观法、稀释法、染色法、滤纸润湿法和电导法等进行鉴别，具体见表1。

表1 乳状液类型的鉴别方法Tab.1 Classification and appraising method for emulsions鉴别方法 O/W型乳状液 W/O型乳状液外观法一般为乳白色接近油的颜色稀释法可用水稀释可用油稀释水溶性染料法外相染色—油溶性染料法—外相染色电导法导电几乎不导电

3 乳化剂的选择方法

作为乳化剂的表面活性剂的选择，最常用的方法就是亲水亲油平衡(HLB)值法。HLB值概念首先由Griffin提出，后来Shinoda提出了HLB温度概念，使HLB理论向前发展了一大步。通过研究表面活性剂的各种物理化学性质与HLB值之间的关系［9］，可将表面活性剂的HLB值与测定的物理化学性质数值之间的相互关系用一个关系式或方程式表示，以下简单列举5个经验公式。

1)Griffin计算公式:

式中S为酯的皂化值，A为酸的酸值。此公式适用于多元醇脂肪酸酯类表面活性剂HLB值的计算。

2)Davies计算公式［9］:

3)Lin等［10］确定了表面活性剂形成胶束自由能(ΔGm)与HLB值的关系公式:

式中ΔGml和ΔGmh分别为亲油基和亲水基相关的胶束形成自由能的份额，C1和C2分别是与化合物同系列相关的常数。

4)非离子表面活性剂HLB值的对数法计算公式:

式中Mw和Mo分别为表面活性剂分子中亲水基团和亲油基团的分子量。

5)表面活性剂的HLB值具有加和性，因而可利用以下公式来计算2种和2种以上表面活性剂混合后的HLB值:

式中WA和WB分别表示表面活性剂A和B的量，HLBA和 HLBB则分别表示 A 和 B的 HLB值，HLBAB为混合后表面活性剂的HLB值。

表2列出了表面活性剂HLB值的范围和与其功能特性的关系，据此可依据各种表面活性剂的HLB值进行应用。

表2 表面活性剂的HLB值与功能的关系Tab.2 Relationship between surfactant’s HLB value and functionsHLB型乳化剂7～9 润湿剂8～18 O/W 型乳化剂13～15 洗涤剂15～18用途3～6 W/O值增溶剂

4 乳化剂的应用

4.1 在化妆品中的应用

近年来，新的化妆品原料不断涌现，乳化剂仍是护肤产品中非常重要的组分。在每个配方中，乳化剂的选择始终是关键的一步，因此开发高效、操作简单、安全及稳定的乳化剂是生产性能优异的化妆品的关键。

乳化剂目前主要用于膏霜乳液类、水剂类和疗效型化妆品中。膏霜乳液类美容护肤