8.《界面化学》第八章

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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.1 乳状液的一般性质
8.1.2 液珠(粒径)分布
一般乳状液,外观为乳白色不透明的液体—“乳状液”由此得名。 实际上,外观颜色与质点大小密切相关。
微乳状液: 0.01~0.1μm 液珠大小与外观 胶 束:<0.01μm
液珠粒径
外观
大滴 >1μm 0.1~1μm 0.05~0.1μm <0.05μm
可分辨出两相 乳白色溶液 乳状液 蓝白色溶液 灰色半透明 微乳状液 透明液体
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.1 乳状液的一般性质
8.1.2 液珠(粒径)分布 实际上,液珠的大小并不完全均匀, 有一定的分布:0.1μm~10μm(或更大)。 动态特性:液珠分布随时间而变,以此可衡量乳状液的稳定性。
乳状液是高能量体系。 要得到稳定的乳状液,需要降低界面能,利用可吸附于油/水界 面的乳化剂,通过形成稳定、坚固的界面膜,得到稳定的乳状液。
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.1 乳状液的一般性质
8.1.1 乳状液的命名 普通乳状液分两种:
(1)外相为“水相”,内相为“油相”,称水包油乳状液,以O/W表 示,如:牛奶;
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破裂率(D)
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一级乳液稳定性随时间的变化(M=0.6%,70℃)
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第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.3 温度的影响 升温不利于“稳定”。
升温: (1)乳化剂溶解度增大,界面Γ下降,界面膜强度下降; (2)外相粘度下降,液珠热运动加速,增大碰撞的机会, 易于聚并。
第八章 乳状液与泡沫
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
乳状液:两种互不相溶的液体混在一起搅拌,其中一种液体会以液 珠形式,分散于另一种液体中,形成乳状液。
特 点:液/液粗分散体系。 液珠一般大于100nm; 内相—分散相,外相—分散介质; 热力学不稳定体系。
工业用途广泛: (1)有时需要稳定乳状液,能够长期保持,不分层;
静电斥力
非离子乳化剂无此功能。
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.1 乳化剂的稳定作用 (4)溶剂化膜保护作用 乳化剂分子具有特殊极性——分散介质产生溶剂化作用,溶剂分子
定向包围在分散相液珠周围。 水溶剂:水化膜 油溶剂:油溶剂化膜 阻碍液珠聚并
聚并
小质点 → 大质点,分层(能量降低)。
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研究乳状液难度大, 没有一个相对稳定的 体系供比较。
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第八章 乳状液与泡沫
8.1 乳状液的一般性质
8.1.3 乳状液粘度
乳状液为流体,粘度可以表征其流动性(重要性质之一): (1)分散相浓度较小时(φ≤2%),粘度决定于分散介质,
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第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
乳状液:高度分散不稳定体系,新生成巨大相界面:能量大增。 例:10ml苯,与水生成O/W乳液,0.1μm液珠,△A=300m2。
若20℃时,σ苯/水=35mN/m,则体系增加表面能10.5J! △G剧增,但通常乳液可以稳定存在,原因?
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破裂率(D )
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时间(天)
一级乳液稳定性随时间的变化(M=0.6%,45℃)
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第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.3 温度的影响 升温不利于“稳定”。
关键问题:固体粉末只有能够被油相、水相同时润湿时,才可停 留在相界面上,起到乳化剂作用;并且,颗粒的大部 分在外相时,乳状液才稳定。
油相 水相 θ
θ
θ
θ<90° O/W型
θ=90° O/W or W/O型
θ>90° W/O型
润湿固体较多的液体,构成乳状液外相较稳定。
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2021/1/5
稠油乳化降粘,加NaOH:
CH3
( CH2 )n COOH + NaOH = CH3
+ ( CH2 )n COONa H2O
(油溶性)
(水溶性)
问题:为何水驱阶段乳状液多为W/O型?
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.4 乳状液的变型与破乳
8.4.1 乳状液变型
如:化妆品,要考虑如何增加其稳定性; (2)有时需要破坏乳状液,使其尽快分层;
如:污水处理,原油脱水。
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பைடு நூலகம்
2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
主要内容
8.1 乳状液的一般性质 8.2 乳状液类型与鉴别 8.3 乳状液稳定理论及其影响因素 8.4 乳状液的变形与破乳 8.5 泡沫
(2)外相为“油相”,内相为“水相”,称油包水乳状液,以W/O表 示,如:一些化妆品、润肤膏;油田上水驱阶段的乳化油;
微乳液:W/O、O/W、双连续相三种可能形式。 在活性剂用量较大且加入相当量的脂肪醇等极性物质时,可得到
粒径为几个nm到100nm的透明或半透明乳液,即微乳状液,简称微乳 液或微乳。
AS二元
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0 0.1 0.3 0.5 0.8 1
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时间(min)
ASP三元
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第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.3 温度的影响 升温不利于“稳定”。
同时,分散相也有影响: Einsten公式:η=η0(1+2.5φ) 式中, η—乳状液粘度;η0—分散介质粘度;φ—分散相体积分数。
(2)分散相浓度较高时,改进的Hatschek公式:
0
1
1 (h ) 3
式中,h—校正系数, “体积因子”:O/W型(液滴大小不同),h≈1.3。
注意: ①除分散相浓度φ外,质点大小及分布也有影响,但目前不清楚,因质点大小 测不准; ②两相界面膜也影响粘度,若乳化剂是高分子,又溶于外相,则粘度增大。
1958年,Shah完善概念:两种互不相溶的液体,在活性剂界面膜 的作用下形成的热力学稳定的、各向异性的、透明的均相分散体系。
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.1 乳状液的一般性质
8.1.1 乳状液的命名
W/O型
O/W型
“双连续相”
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扩散双电层理论中:
Stern层(这里为乳化剂+水分子) 形成一个相对稳定的保护层。
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.2 外相粘度的影响 外相粘度大,液滴运移的阻力也大,削弱或阻碍液珠碰撞
和聚并,有利于“稳定”。 在配制乳状液时,可在外相中加入高分子增稠。
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第八章 乳状液与泡沫
8.1 乳状液的一般性质
8.1.4 乳状液电性质
(1)电导性能:决定于乳状液外相(分散介质); O/W电导>W/O电导
用处:鉴别乳状液类型,特别是乳状液转型研究,更方便。
(2)电泳性能:测量质点在电场中的运动速度(淌度); 用处:对于离子型乳化剂,可测定质点带电情况,用于稳定性研究。
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720倍!
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第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.1 乳化剂的稳定作用 (2)界面膜的保护作用
相界面吸附乳化剂,形成界面膜(具有一定的机械强度), 界面膜保护液滴不聚并;
混合乳化剂形成“混合膜”,强度更好; 例如:脂肪醇、酸、胺等,可增溶进“栅栏层”,增大膜强度 。 (3)双电层的排斥作用(离子型乳化剂) 界面膜有带电离子,静电斥力阻碍液滴聚并:
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第八章 乳状液与泡沫
内容回顾:
8.1 乳状液的一般性质
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4
乳状液的命名 液珠(粒径)分布 乳状液粘度 乳状液电性质
8.2 乳状液类型与鉴别
W/O、O/W (1)稀释法 (2)染色法 (3)电导法 (4)滤纸润湿法(简便、快捷)
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则外相性质与染料相同。 如:苏丹红(Ⅲ)—油溶性;荧光红、亚甲蓝—水溶性。
(3)电导法:一般 O/W电导>W/O电导。 注意:若W/O中水相百分数高,或使用了离子型乳化剂,同样可能有 高电导性,故此法有时不可靠。
(4)滤纸润湿法(简便、快捷):O/W型—扩散快;W/O型—扩散慢。
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第八章 乳状液与泡沫
8.1 乳状液的一般性质
纯净的水与油在一起搅拌,并不能形成稳定的乳状液,为什么?
乳状液的生成过程,实质是一种液体在另一种不相溶液体表面的
铺展过程:
油在水表面的铺展—W/O 水在油表面的铺展—O/W
油/水界面增大,界 面能升高,不稳定。
第八章 乳状液与泡沫
8.4 乳状液的变型与破乳
8.4.1 乳状液变型
一定条件下:W/O→ O/W O/W → W/O
转型 变型 反相
原因: 乳状液类型决定于乳化剂性质 (油溶性或水溶性),改变其 性质,可实现转型。
(1)通过化学反应,生成反型乳化剂 例如:C17H33COONa(O/W)MgCl2 (C17H33COO)2Mg (W/O)
(不利于稳定。)
非离子型乳化剂稳定的乳状液(O/W): 外加电解质,强化溶剂极性,降低界面吸附,界面膜被削弱,
易于聚并。
对于W/O型乳状液,电解质影响不明显。
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第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.5 固体粉末稳定乳状液
固体粉末乳化剂:CaCO3、黏土、碳黑、石英粉、碱金属硫酸盐、 氧化物、硫化物等。
(2)加入电解质转型
电解质
离子型乳化剂稳定的O/W型乳状液 压缩双电层,去水化,水化膜变薄 →反相(W/O)
问题:为何不影响油溶剂化膜的厚度?
(3)加反型乳化剂 新加反型乳化剂 → 竞争吸附 → 新界面膜 → 反相
注意: 新加的反型乳化剂,界面吸附作用要强于原乳化剂,才能够通过
8.3.1 乳化剂的稳定作用 (1)降低界面张力
乳化剂吸附在相界面,改变界面性质,降低界面能。界面张力越 低,越稳定。 例如: σ石蜡/水=41mN/m,若水中加入:
油 酸—σ石蜡/水=31mN/m, 油酸钠—σ石蜡/水=7.2mN/m,再加入NaCl, σ石蜡/水≤0.01mN/m;
对应界面能:
2.1J
0.16
0.14
0.12
0.10
破裂率(D)
0.08
0.06
0.04
0.02
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50
60
时间(天)
一级乳液稳定性随时间的变化(M=0.6%,25℃)
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第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.3 温度的影响 升温不利于“稳定”。
问题:非离子型乳化剂稳定的乳状液,加热后如何变化? 加热,水溶性下降,转向油相,同样离开相界面。
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.4 电解质的影响 离子型乳化剂稳定的乳状液(O/W):
外加电解质压缩双电层,减弱了液珠间的静电斥力,增大了碰 撞、聚并的机会,促进破乳。
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2021/1/5
第八章 乳状液与泡沫
8.2 乳状液类型与鉴别
通常有两种乳状液类型: W/O型 决定于乳化剂性能 O/W型
乳化剂:凡能够提高乳状液稳定性的物质,都称乳化剂, W/O、O/W 。 乳状液类型鉴别方法: (1)稀释法:乳状液可被与外相相同性质的液体稀释。
如:牛奶,可被水稀释,O/W型乳液。 (2)染色法:将微量油溶性或水溶性染料加入乳状液中,若全部分散,
注意:高分子物质虽然可以稳定乳状液,但是不利于乳状液的 形成——乳化难度加大,一旦乳化,则很稳定。
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2021/1/5
析水率(%) 析水率(%)
第八章 乳状液与泡沫
8.3 乳状液稳定理论及影响因素
8.3.2 外相粘度的影响
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