胶体化学-第五章 乳状液及微乳状液
合集下载
胶体化学之乳状液
导电法
O/W的导电性比W/O的要好。但使用离子型乳化剂 是，即使是W/O型乳状液，或水相体积分数很大的 W/O型乳状液，其导电性也颇为可观。
影响乳状液稳定性的因素：
乳状液特点:
多相系，相界面积大，表面自由能高，热力学不稳定系统。
1、表面张力的影响。
。
三、乳状液的破坏
乳状液的完全破坏叫破乳。
破乳的机理： 1.絮凝：此过程中，连续相在液滴与界面间排泄出来， 分散相的液珠聚集成团，但各液珠皆仍然存在，这 些团常常是可逆的。在液滴与界面之间“接触”面 的周界上的界面最薄。 2.聚结：此过程中，膜发生破裂，各个团合成一个大 滴，导致液滴数目的减少和乳状液的完全破坏。此 过程是不可逆的。
界面膜的强度和紧密程度是决定乳状液稳定性的重要因素: ①使用足量的乳化剂。 ②选择适合分子结构的乳化剂。
3、界面电荷的影响―乳状液稳定的电理论。 4、外相粘度的影响。 5、固体乳化剂对乳化液的稳定作用。
选择乳化剂的一般原则：
①具有良好的表面活性，可以降低表面张力，在形 成的乳化液外相中，有良好的溶解能力。 ②在油―水界面上，能够形成稳定的、紧密排列的界 面膜。 ③能够适当增大外相的粘度，减小液滴的聚结速度。 ④水溶性乳化剂和油溶性乳化剂混合使用，具有较 好的乳化效果。 ⑤应该满足乳化体系的特殊要求。 ⑥应该用最小的浓度和最低的成本达到乳化效果， 并且乳化工艺简单。
乳状液的应用：
乳状液在工农业生产、日常生活以及生理现象中 有着广泛应用。
1. 控制反应 许多化学反应是放热的，这会使温度急剧 升高，促进副反应的发生。如果将反应物制作成乳状液， 不仅可以利用其界面大、接触充分的特点提高反应效率， 而且大界面有利于散热，从而可以提高产率。 2. 农药乳剂 将杀虫药等制作成乳状液，可以使之均匀 地铺展在植物上，用量少且效率高。如顺式氯氰菊酯微 乳液就在农药上有了较好的运用。 3. 纺织工业 天然纤维与人造短纤维在纺前要用油剂处 理从而增强纤维的机械强度、减少摩擦和增加抗静电性 能等。 4. 乳化食品 乳化食品在生活中是非常常见的。我们日 常喝的牛奶、豆浆等都是天然的乳化食品，人造的有人 造奶油等等。 5. 制革工业 在皮革的加工上，我们常常要“上油”。 这里的“油”，便是乳状液。将它涂在表面上，可以提 高皮革的牢固度、柔软性和拉伸性能。
《胶体和乳状液》课件
不同点
胶体的分散相粒子大小在1-100nm之间，而乳状液中的液滴 大小通常在微米级别；胶体的稳定性相对较低，容易发生聚 沉，而乳状液的稳定性较高，可以在一定条件下保持稳定。
02
胶体的制备和性质
胶体的制备方法
01
02
03
研磨法
将固体物质研磨成细小颗 粒，然后分散在液体介质 中，形成胶体。
溶解法
将物质溶解在适当的溶剂 中，然后通过控制溶液的 浓度和温度等条件，制备 出胶体。
超声波法
利用超声波的振动能量将液体 破碎成微小液滴，形成乳状液
。
蒸馏法
将两种不相溶的液体加热至沸 腾，通过蒸馏作用分离出纯液
体。
化学反应法
通过化学反应生成两种不溶性 物质，再经过搅拌或研磨形成
乳状液。
乳状液的性质
分散相和分散介质
乳状液由分散相和分散介质组 成，分散相是小的液滴，分散
介质是连续的液体。
胶体和乳状液的破乳方法
物理破乳法
通过加热、搅拌、离心、电场、超声 波等物理手段，使胶体或乳状液中的 水滴或油滴发生聚结，从而破坏其稳 定性。
化学破乳法
通过添加化学试剂，如电解质、聚合 物、表面活性剂等，改变胶体或乳状 液的界面性质，使其失去稳定性。
破乳剂的应用与选择
破乳剂的应用
破乳剂广泛应用于石油、化工、制药、食品等领域，用于将油水分离，提高油品质量，回收油品等。
活性剂，可以增加分散相的稳定性。这些稳定剂可以提供电荷屏蔽、空
间位阻或增加界面张力等作用。
02
控制粒子或乳滴大小
通过控制制备过程中的条件，如搅拌速度、温度和时间，可以控制粒子
或乳滴的大小，从而影响其稳定性。较小的粒子或乳滴通常具有更高的
基础化学第五章胶体
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度/mmol· L-1
As2S2(负溶胶) LiCl 58 NaCl 51 KCl 49.5 AgI(负溶胶) LiNO3 165 NaNO3 140 KNO3 136 Al2O3(正溶胶) NaCl 43.5 KCl 46 KNO3 60 K2SO4 K2Cr2O7 0.30 0.63
二、胶体分散系 2. 表面能
液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚 集变大，可以缩小表面积，降低表面能。表 面积减小过程是自发过程。 这个结论对固体物质同样适用。高度分散的 溶胶比表面大，所以表面能也大，它们有自 动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为 聚结不稳定性。
第二节 溶胶
一．
溶胶的基本性质
内旋转：分子链中 许多C-C单键， C 原子以sp3杂化，单 键能在键角不变条 件下绕键轴旋转。 柔性：内旋转导致 碳链构型改变，高 分子长链两端的距 离也随之改变。
第三节 高分子溶液
3.
高分子溶液的形成
①
②
③
溶胀：溶剂进入高分子链， 导致化合物舒展，体积成 倍增长。 高分子化合物先溶胀，后 溶解。 与水分子亲和力很强的高 分子化合物形成水合膜： 稳定性的主要原因。
上：高分子化合物在良溶 剂中 下：高分子化合物在不良 溶剂中
第三节 高分子溶液
二．
聚电解质溶液
蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子 形式存在，称为聚电解质（polyelectrolyte） 特征：
1.
①
链上有荷电基团很多
②
③ ④
电荷密度很大 对极性溶剂分子的亲合力很强 分为阳离子、阴离子、两性离子三类。
126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
《应用胶体与界面化学》05乳状液及微乳状液
三. 乳化剂选择方法
1. HLB： hydrophilic-lipophile balance， 亲水亲油平衡 HLB值越大，亲水性越强，反之，亲油性越强
用途 油酸钠 18HLB值水溶液外观
水包油型乳化剂 13
10 润湿剂 8
6 油包水型乳化剂
3
油酸 1
透明
半透明至透明 稳定乳状液分散 搅拌后形成乳状液分散 不良分散 不分散
γ12 A1
微乳形成
γ12 A2
∆G=∆Aγ12-T∆S
三. 微乳液的相性质（了解）
S
S
S
O/W
W/O
W
O
W
OW
O
四. 微乳液的一般应用 微乳液的特性：
1. 有高度分散的小液滴 2. 有大的界面面积和特殊的微环境 3. 低的界面张力和对水和油的大的增溶能力
应用：
化妆品、三次采油、超细粒子的制备、催化
固体粉末乳化剂：金属碱性盐、炭黑、SiO2、粘土 特点：尺寸小，比表面积大，吸附在油-水界面形成固体颗 粒单层膜或多层膜
二. 乳化剂选择的一般原则
(1) 降低界面张力，并能在界面上吸附
(2) 在分散相周围形成保护膜，使界面膜具有较高的 黏度和力学性能
(3) 根据用途和欲得的乳状液类型选择
(4) 要能用最小的浓度和最低的成本达到乳化效果； 乳化工艺简单
多重乳状液的液膜
介于被包封内相和连续外相间的中间相称为液膜
水相 油相 W/O/W 液相， 油膜
多重乳状液的制备
W/O/W：先用HLB值低的乳化剂制备W/O型稳定的初级乳状液 再将初级乳状液分散于溶有HLB值高的乳化剂的水相中
图5.12 W/O/W型多重乳状液的液滴结构和各组分的作用
第五章 胶体
(2)同价反离子的聚沉能力虽相差不大， 但也有所不同。 如:一价正离子(对负溶胶)聚沉能力： H+﹥ Cs+﹥ Rb+﹥ NH4+﹥ K+﹥ Na+﹥ Li+
一价负离子(对正溶胶)聚沉能力：
F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥CNS-
(3)一些有机物离子具有非常强的聚沉能 力。特别是一些表面活性剂(脂肪酸盐)和聚酰 胺类化合物的离子,能有效地破坏溶胶使之聚 沉,这可能是有机物离子能被胶核强烈吸附的 缘故。 2.溶胶的相互聚沉：带相反电荷的溶胶有 相互聚沉能力。例如，用明矾净水*。
2.表面自由能(surface free energy) 任何两相的界面分子与其相内分子所处状况
不同,它们的能量也不同（图5-1）。 等温等压下的表面能称为表面自由能。 系统表面自由能和表面积的关系为
气相
液相
图5-1 液体内部及表层分子 受力情况示意图
dG表=dS (13.1) S ---系统表面积， ---比表面自由能，简称 比表面能（specific surface energy) 若dG表＜0，则dS＜0， 即：表面积缩小过程是自发过程。 故：液体呈球形是自发过程。 此结论对固体物质(dS＜0)同样适用*。 高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大， 它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势， 称为聚结不稳定。 是热力学不稳定体系。
沸腾 FeCl 3 +3H 2 O F e(O H ) 3 +3H C l
部分Fe(OH)3与HCl作用：
Fe (O H ) 3 + H C l
Fe O C l+ 3 H 2 O
FeOCl
FeO +Cl
+
一价负离子(对正溶胶)聚沉能力：
F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥CNS-
(3)一些有机物离子具有非常强的聚沉能 力。特别是一些表面活性剂(脂肪酸盐)和聚酰 胺类化合物的离子,能有效地破坏溶胶使之聚 沉,这可能是有机物离子能被胶核强烈吸附的 缘故。 2.溶胶的相互聚沉：带相反电荷的溶胶有 相互聚沉能力。例如，用明矾净水*。
2.表面自由能(surface free energy) 任何两相的界面分子与其相内分子所处状况
不同,它们的能量也不同（图5-1）。 等温等压下的表面能称为表面自由能。 系统表面自由能和表面积的关系为
气相
液相
图5-1 液体内部及表层分子 受力情况示意图
dG表=dS (13.1) S ---系统表面积， ---比表面自由能，简称 比表面能（specific surface energy) 若dG表＜0，则dS＜0， 即：表面积缩小过程是自发过程。 故：液体呈球形是自发过程。 此结论对固体物质(dS＜0)同样适用*。 高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大， 它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势， 称为聚结不稳定。 是热力学不稳定体系。
沸腾 FeCl 3 +3H 2 O F e(O H ) 3 +3H C l
部分Fe(OH)3与HCl作用：
Fe (O H ) 3 + H C l
Fe O C l+ 3 H 2 O
FeOCl
FeO +Cl
+
第五章 乳状液 PPT
水
水
油
油
水
水
油
油
2、乳状液的特点
多相体系，相界面积大，表面自由能高，热力学 不稳定系统。
稳定乳状液的因素
乳化剂 固体粉末 天然物质
在分散相周围形成坚固的保护膜； 降低界面张力； 形成双电层。
乳化剂(emulsifier)： 能使乳状液较稳定存在的物质。 乳化作用：乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用。
剂。这些化合物的分子量大，在界面上不能整齐排列，虽然 降低界面张力不多，但它们能被吸附在油水界面上，既可以 改进界面膜的机械性质，又能增加分散相和分散介质的亲和 力，因而提高了乳状液的稳定性。 常用的高聚物乳化剂有聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠盐以及聚 醚型非离子表面活性物质等。其中有些分子量很大，能提高 O/W型乳状液水相的粘度，增加乳状液的稳定性。
工业上，为提高乳状液的黏度，常加入某些特殊组 分，如天然或合成的增稠剂。
5、 液滴大小及其分布
乳状液液滴的大小及其分布对乳状液的稳定性有 很大的影响，液滴尺寸范围越窄越稳定。当平均粒子 直径相同时，单分散的乳状液比多分散的稳定。
6、粉末乳化剂的稳定作用
许多固体粉末如黏土、炭黑等是良好的乳化剂。粉 末乳化剂和通常的表面活性剂一样，只有当它们处在 内外相界面上时才能起到乳化剂的作用。
油 水
W/O型
例外：一价银肥皂，作为乳化剂形成W/O型乳状液。
液滴聚结速度
将油、水、乳化剂共存的体系进行搅拌时，乳 化剂吸附于油水界面，形成的油滴、水滴都有自发聚 结减小表面能的趋势。在界面吸附层中的乳化剂，其 亲水基有抑制油滴聚结的作用，其亲油基则阻碍水滴 聚结。
乳化剂溶解度
定温下，将乳化剂在水相和油相中的溶解度之比定 义为分配系数。
第五章 胶体(collidal) 和乳状液(emulsion)
乳状液的类型的鉴别
稀释法：加水稀释后稳定的是O/W 染色法：加油溶性苏丹Ⅲ，显微镜下看到红 色颗粒的是O/W 电导率法：电导率大的是O/W
小结
溶胶的稳定性因素、胶团结构、电动电位 和聚沉 高分子化合物溶液和凝胶 表面活性剂和胶束 乳离子
nFeO
+
(n-x)Cl
- x+
xCl-
吸附层
扩散层
AgNO3 + KI → AgI + KNO3
AgNO3过量
胶核 (AgI)m 吸附离子？ Ag+ [(AgI)m· nAg+· (n-x)NO3-]x+· x NO3－
KI过量？
[(AgI)m· nI-· (n-x) K+]x-· x K+
胶粒带电原因之二
胶核表面分子的解离也可造成胶粒带电： 硅酸(SiO2· H2O, 即H2SiO3)溶胶的表面 解离为SiO32－和H+
H2SiO3 HSiO3－ HSiO3－＋H+ SiO32－ ＋H+
四、溶胶的相对稳定因素及聚沉
1、胶粒带电 2、溶胶表面的水合膜 3、Brownian运动 4、高分子化合物对溶胶的保护作用
金属氢氧化物为正溶胶，电泳时胶粒泳向 负极
金属硫化物、硅胶、金、银为负溶胶，电泳时胶 粒泳向正极
（四）溶胶不能透过半透膜
三、胶团结构——（一）带电原因：吸附
FeCl3 + H2O → Fe(OH) 3 +HCl FeOCl → FeO+ + Cl吸附离子 组成相似
[Fe(OH) 3]m
胶核 胶粒 胶团
（二）溶胶的动力学性质
溶胶粒子时刻处于无规则的运动状态，因而表 现出扩散、渗透、沉降等与溶胶粒子大小及形状 等属性相关的运动特性，称为动力学性质。 1. 布朗运动
化学胶体
【细颗粒物】
细颗粒物比表面大，吸附性强，可携带重金属等，对人体影响十分严重 人类开始把空气中细颗粒物含量作为重要的大气质量标准：
PM2.5年均值不超过10μg/m3,日均值不超过25μg/m3
第三节
高分子溶液
第三节 高分子溶液
高分子化合物：单个分子相对分子量在 以上的大分子 （一般来说）
包括：蛋白质、核酸、糖原、存在体液中重要物质
非均相 热力学不稳定 分散相粒子不能透过
滤纸和半透膜
葡萄糖水溶液
氢氧化铁溶胶 蛋白质溶液 超过或达到临界浓度 的十二烷基硫酸钠溶
液 乳汁 泥浆
【比表面】
■ 分散度：分散相在介质中分散的程度（常用比表面来表示） ■ 比表面（S0）：单位体积物质所具有的表面积
S0=S/V 该式说明，胶体分散相粒子的总表面积随分散程度增大时，比表面积也相应增大 溶胶是高度分散的多相分散系统，高度分散使得分散相表面积急剧增大。 当物质形成高度分散系统时，因表面积大大增加，表面性质就十分突出。 界面：相与相之间的接触面 表面：习惯上，把固相或液相与气相的界面称为表面
■ Fe(OH)3溶胶
溶胶
FeCl3 (aq) +3H2O (l) → Fe(OH)3 (aq) + 3HCl (aq)
Fe(OH)3 (s) + HCl (aq) → FeOCl (aq) + 2H2O (l) FeOCl (aq) → FeO+ (aq) + Cl- (aq)
Fe(OH)3胶核吸附溶胶中与其组成类似的FeO而带正电，而溶胶中电性相反的Cl-则
的次数叫聚合度，以n表示。
• 天然橡胶 链节为异戊二烯单位(-C5H8-) 。化学式可写作(C5H8)n • 纤维素、淀粉、糖原或高分子右旋糖酐，链节为葡萄糖单位(-
第05章胶体
散射现象的强弱：
颗粒越大、越多；折光率相差越大散射越强。
（二）动力学性质——Brownian movement
1 Brownian movement：显微镜下可见胶体粒 子作不断改变速度和方向的无规则运动
颗粒越小， 温度越高， 布朗运动 越剧烈。
布朗运动 并不是胶 体特有的 性质。
2 扩散与沉降平衡 当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒从浓度 大的区域向浓度小的区域迁移，这种现象叫 扩散。
（一）溶胶的光学性质
当一束强光透过胶体时，可以看到一条光亮的 通路，这种现象叫做丁达尔现象。
用这种方法可以区别溶液和胶体。
产生原因：当颗粒大小d小于入射光波长入时 ，光环绕颗粒除入射光方向外，还向各方向散 射，即每个颗粒又作为一个光源，向各方向发 射光，散射出来的光称乳光。
产生条件： ①颗粒大小合适，d<λ（1-100nm之间） ②分散相折光率(n1)与分散介质折光率（n2）不 同。
氨基酸的 带电状态和在电场中的状况： 等电点
pH = pI pH < pI pH > pI
净电荷为零 带正电荷 带负电荷
在电场中不移动
在电场中移向负极
在电场中移向正 极
4 蛋白质在等电点时的性质
5 溶解度、黏度、渗透压、膨胀性最小 三 高分子溶液稳定性的破坏
加入高浓度无机盐，使蛋白质沉淀析出叫盐析。 实质是使蛋白质脱水，破坏水化膜，而析出。 盐析与溶胶聚沉不同： ①盐析用量大，聚沉用量少 ②盐析时正、负离子均起作用，聚沉时只与胶 粒电性相反的离子起作用。 ③除去电介质，蛋白质可以重新溶解即具可逆 性，而溶胶聚沉是不可逆的。
在胶体溶液中加入电解质，迫使一部分反离子 进入吸附层，使扩散层变薄，当电解质浓度加 大时，扩散层厚度可趋于零，在电场中不泳动
颗粒越大、越多；折光率相差越大散射越强。
（二）动力学性质——Brownian movement
1 Brownian movement：显微镜下可见胶体粒 子作不断改变速度和方向的无规则运动
颗粒越小， 温度越高， 布朗运动 越剧烈。
布朗运动 并不是胶 体特有的 性质。
2 扩散与沉降平衡 当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒从浓度 大的区域向浓度小的区域迁移，这种现象叫 扩散。
（一）溶胶的光学性质
当一束强光透过胶体时，可以看到一条光亮的 通路，这种现象叫做丁达尔现象。
用这种方法可以区别溶液和胶体。
产生原因：当颗粒大小d小于入射光波长入时 ，光环绕颗粒除入射光方向外，还向各方向散 射，即每个颗粒又作为一个光源，向各方向发 射光，散射出来的光称乳光。
产生条件： ①颗粒大小合适，d<λ（1-100nm之间） ②分散相折光率(n1)与分散介质折光率（n2）不 同。
氨基酸的 带电状态和在电场中的状况： 等电点
pH = pI pH < pI pH > pI
净电荷为零 带正电荷 带负电荷
在电场中不移动
在电场中移向负极
在电场中移向正 极
4 蛋白质在等电点时的性质
5 溶解度、黏度、渗透压、膨胀性最小 三 高分子溶液稳定性的破坏
加入高浓度无机盐，使蛋白质沉淀析出叫盐析。 实质是使蛋白质脱水，破坏水化膜，而析出。 盐析与溶胶聚沉不同： ①盐析用量大，聚沉用量少 ②盐析时正、负离子均起作用，聚沉时只与胶 粒电性相反的离子起作用。 ③除去电介质，蛋白质可以重新溶解即具可逆 性，而溶胶聚沉是不可逆的。
在胶体溶液中加入电解质，迫使一部分反离子 进入吸附层，使扩散层变薄，当电解质浓度加 大时，扩散层厚度可趋于零，在电场中不泳动
《医用基础化学》第五章 胶体和乳状液
第一节胶体——高度分散系统胶体一词是英国化学家格莱谟(T.Graham) 于1861年首次提出的，格莱谟在研究溶液中溶质分子的扩散时发现，一些物质如无机盐可以通过半透膜，且扩散速率很快，当蒸发溶剂时，这些物质易形成晶体析出，另一类物质如明胶、蛋白质、氢氧化铝等，扩散速率很慢，且很难甚至不能透过半透膜，蒸发溶剂时，这些物质不能形成晶体，而是成粘稠的胶态。
椐此，他把前一类物质称为晶体(Crystalloid)，后一类称为胶体。
俄国化学家韦曼(Веймарн)40多年后对200多种物质进行了实验，实验结果表明，任何物质既可制成晶体也可制成胶体。
许多晶体物质在适当的介质中，也能制成具有胶体特征的体系。
例如，把晶体物质NaOH分散在酒精中形成的分散系就具有缓慢扩散、不能通过半透膜等性质。
他认为，晶体和胶体并不是不同的两类物质，而是物质的两种不同的存在状态。
现代科学则认为，胶体是粒子大小在1nm~100nm之间高度分散于另一连续相中，形成的分散系(colloidal system)。
一种或数种物质分散在另一种物质中所形成系统称为分散系，其中被分散的物质称为分散相（dispersed phase），而容纳分散相的连续介质称为分散介质（dispersed medium）。
消毒用的碘酒就是碘分散在酒精中形成的分散系，其中碘是分散相，酒精是分散介质。
医药用的各种注射液、合剂、乳剂、气雾剂等都是分散系。
各种分散系统的分类见表5-1。
表5-1 分散系统的分类分散相粒子大小分散系类型分散相粒子性质举例＜1n m 小分子、离子分真溶液散系小分子或离子均相、稳定系统；分散相粒子扩散快NaCl水溶液、C6H12O6水溶液等1nm~100nm 胶体分散系溶胶胶粒（分子、离子、原子聚集体）多相、热力学不稳定系统，有相对稳定性；分散相粒子扩散较慢Fe(OH)3、As2S3溶胶及Au、S等单质溶胶等高分子溶液高分子均相、稳定系统；分散相粒子扩散慢蛋白质、核酸水溶液，橡胶的苯溶液等＞100nm 粗分散系（悬浊液、乳状液）粗分散粒子非均相、不稳定系统；易聚沉或分层泥浆、乳汁等第二节溶胶溶胶可分为液溶胶、气溶胶和固溶胶。
基础化学第五章(胶体)8(新)
表面层分子与内部分子受到的作用力比较
自发过程： 自发过程：表 面积减少， 面积减少，表 面能降低。 面能降低。
把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积， 把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必 须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。 须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。表 面分子能量高。 面分子能量高。
吸附层与扩散 层分开的界面
[(AgI)mnI-(n-x)K+]x-xK+
电位的特点：易受加入电解质的影响。 ζ电位的特点：易受加入电解质的影响。
（三）溶胶的稳定因素 1. 胶粒带电 胶Байду номын сангаас间相互排斥
n(AgNO3)=n(KI) 不能制备AgI溶胶
2. 胶粒表面水合膜的保护作用 ∵胶粒带电，∴有水合膜
表面层分子与内部分子受到的作用力比较
自发过程： 自发过程：表 面积减少， 面积减少，表 面能降低。 面能降低。
溶胶：分散度大(有很多表面分子) 溶胶：分散度大(有很多表面分子) 表面分子：有向内运动的趋势， 表面分子：有向内运动的趋势，有一种抵抗扩张的 表面张力），表面(自由) ），表面 力（表面张力），表面(自由)能。 溶胶：热力学不稳定性。 溶胶：热力学不稳定性。
分散度与比表面
分散度：分散相在介质中分散的程度， 分散度：分散相在介质中分散的程度，把物质分散 成细小微粒的程度 比表面： 比表面：单位体积物质所具有的表面积
S0 = S / V
把一定大小的物质分割得越小， 把一定大小的物质分割得越小，则分散度 越高，比表面也越大。 越高，比表面也越大。
把边长为1cm的立方体1cm 把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体 1cm的立方体 比表面增长情况： 时，比表面增长情况：
微乳液PPT课件
• 表活剂用量= 0.4% 采出量为72.6ml（油）/g（表活剂）， 成本太高 • 表活剂用量= 0.25% 采油量只占水驱残余油的37.4%，效果不好 • 表活剂用量= 0.4% 采出量为127ml/g，驱油效果好
• 胶囊和微胶囊技术
–
胶囊以延迟破胶剂在油田中应用，改善裂缝导流能力，提高 33
油气井产量。
3
乳状液的结构
• 简单乳状液 • 双重或多重乳状
液：相当于简单乳
液的分散相（内相） 中又包含了尺寸更 小的分散质点，通 称包胶相，常用作 活性组分的贮器。
4
乳状液的制备 —— 混合方式
• 机械搅拌：以4000~8000r/min速度，设备简单、 操作方便；但分散度低、不均匀，易溶入空气。
• 胶体磨：国产设备可制取10mm左右的液滴。 • 超声波乳化器： • 均化器（homogenizer）：是机械加超声波的复
中相微乳状液的特点：
•同时增溶油和水，可达60%～70%
•存在两个界面且界面张力均很低，约<10-2 mN/m
•大部分表面活性剂存在于中相微乳状液相中
在石油工业中，中相微乳状液的驱油效率最高，可达90%。
通过测定相图和界面张力，来研究影响因素。
26
水-表面活性剂-助表面活性剂三元系一般相图
各向异性 单相区
– 当盐量增加时，表活剂和油受到“盐析”，压缩 双电层，使O/W型微乳液的增溶量增加，油滴密 度下降而上浮，形成“新相”。
– 也可改变其它组分，来寻找匹配关系。
28
微乳状液的应用
• 石油工业：三次采油（?） • 能 源：提高辛烷值等 • 生化工程： • 日用工业：化妆品等
29
微乳状液的研究现状
2013M_07胶体与界面化学_乳状液和泡沫
33
目前研制出的品种很多，有用于露天矿的露天型 乳化炸药，用于中硬岩石爆破的岩石型乳化炸药 和用于煤矿井下的许用型乳化炸药，还有用于光 面爆破的小直径低爆速的乳化炸药。
乳化炸药现已广泛应用于各种民用爆破工作中，
在有水和潮湿的爆破场合更显示其优越性。
34
各组分作用
①氧化剂，提供有效氧参加氧化还原反应，主要
2.相体积的影响
乳状液的内相体积占总体积26%以下的体系是 稳定的，如果不断加入内相液体，其体积超过 74.02%，内相有可能转变为外相，乳状液就发生转 型。
25
乳状液的转型与破坏
乳状液转型
3. 温度的影响
有些使用非离子型表面活性剂作为乳化 剂的乳状液，当温度升高时乳化剂分子的亲 水性变差，亲油性增强。在某一温度时，由 非离子型表面活性剂所稳定的O/W型乳状液将
因为反应物分散成小液滴后，在每个液滴中反
应物数量较少，产生热量也少，并且乳状液对象界
面面积大，散热快，容易控制温度。
高分子化学中常使用乳液聚合反应，以制得较
高质量的反应物。
31
乳状液的应用
沥青乳状液
沥青的黏度很大，不便于在室温下直
接用于铺路面。若用阳离子型乳化剂将其
制成O/W型乳状液，则表观黏度大大降低，
以及液珠与介质之间的摩擦，其主要来源是液珠表
面上吸附了电离的乳化剂离子。 在乳状液中，水的介电常数远比常见的其它液体 高。故O/W型乳状液中的油珠多数是带负电的，而 W/O型乳状液中的水珠则往往带正电。反离子形成 扩散双电层，热力学电势及较厚的双电层使乳状液 稳定。
22
乳状液的制备
转相乳化法
（1）将乳化剂先溶于油中加热，在剧烈搅拌下慢慢加入温 水，加入的水开始以细小的粒子分散在油中，是W/O型乳状 液，再继续加水，随着水的增加，乳状液变稠，最后转相变 成O/W型乳状液。 （2）将乳化剂直接加于水中，在剧烈搅拌下将油加入，可 直接得到O/W型乳状液，若欲制得W/O型，则可继续加油直 到发生变型。
目前研制出的品种很多，有用于露天矿的露天型 乳化炸药，用于中硬岩石爆破的岩石型乳化炸药 和用于煤矿井下的许用型乳化炸药，还有用于光 面爆破的小直径低爆速的乳化炸药。
乳化炸药现已广泛应用于各种民用爆破工作中，
在有水和潮湿的爆破场合更显示其优越性。
34
各组分作用
①氧化剂，提供有效氧参加氧化还原反应，主要
2.相体积的影响
乳状液的内相体积占总体积26%以下的体系是 稳定的，如果不断加入内相液体，其体积超过 74.02%，内相有可能转变为外相，乳状液就发生转 型。
25
乳状液的转型与破坏
乳状液转型
3. 温度的影响
有些使用非离子型表面活性剂作为乳化 剂的乳状液，当温度升高时乳化剂分子的亲 水性变差，亲油性增强。在某一温度时，由 非离子型表面活性剂所稳定的O/W型乳状液将
因为反应物分散成小液滴后，在每个液滴中反
应物数量较少，产生热量也少，并且乳状液对象界
面面积大，散热快，容易控制温度。
高分子化学中常使用乳液聚合反应，以制得较
高质量的反应物。
31
乳状液的应用
沥青乳状液
沥青的黏度很大，不便于在室温下直
接用于铺路面。若用阳离子型乳化剂将其
制成O/W型乳状液，则表观黏度大大降低，
以及液珠与介质之间的摩擦，其主要来源是液珠表
面上吸附了电离的乳化剂离子。 在乳状液中，水的介电常数远比常见的其它液体 高。故O/W型乳状液中的油珠多数是带负电的，而 W/O型乳状液中的水珠则往往带正电。反离子形成 扩散双电层，热力学电势及较厚的双电层使乳状液 稳定。
22
乳状液的制备
转相乳化法
（1）将乳化剂先溶于油中加热，在剧烈搅拌下慢慢加入温 水，加入的水开始以细小的粒子分散在油中，是W/O型乳状 液，再继续加水，随着水的增加，乳状液变稠，最后转相变 成O/W型乳状液。 （2）将乳化剂直接加于水中，在剧烈搅拌下将油加入，可 直接得到O/W型乳状液，若欲制得W/O型，则可继续加油直 到发生变型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2015-6-4
聚结动力学因素
乳化剂吸附在液滴的界面上，以后发展 成何种乳状液，则取决于两类液滴的聚结 速度：
（1）如果水滴的聚结速度远大于油滴的， 则形成O/W型乳状液； （2）如果油滴的聚结速度远大于水滴的， 则形成W/O型乳状液；如果二者的聚结速 度相近，则相体积大者构成外相。
2015-6-4
2015-6-4
W/O型和O/W型两类乳状液通常可用以 下几种方法鉴别： 1．稀释法 水加到O/W乳状液中，乳状液被稀 释；若水加到W/O型乳状液中，乳状液 变稠甚至被破坏。 如牛奶能被水稀释所以它是O/W型乳状液。
2015-6-4
2．染色法 将极微量的油溶性染料加到乳状液中， 若整个乳状液带有染料颜色的是W/O型乳 状液，如果只有液滴带色的是O/W型乳状 液。若用水溶性染料其结果恰好相反。
2015-6-4
3.过滤破乳 当乳状液经过一个多孔性介质时，由于 油和水对固体润湿性的差别，也可引起破乳。 4.化学破乳 化学破乳的原则是破坏吸附在界面上的 乳化剂，使其失去乳化能力。常用的是使用 破乳剂。破乳剂也是一种表面活性剂，有很 高的表面活性，能将界面上原来存在的乳化 剂顶替走；但破乳剂分子一般具有分支结构， 不能在界面上紧密排列成牢固的界面膜，从 而使乳状液的稳定性大大降低。
2015-6-4
1、HLB法（亲水亲油值） 人为对各种两亲性表面活性剂亲水和亲油性 质相对强弱所规定的数值，值越大，亲水性越强； 值越小，亲油性越强。
表面活性剂的HLB值可以试验测定，实际应 用中主要根据表面活性剂分子结构特点来计算。
2015-6-4
乳化剂的分类
HLB范围 3~6 7~9 8~18 13~15 15~18 应用类型 W/O乳化剂 润湿剂 O/W乳化剂 洗涤剂 加溶剂
一些乳状液的内相浓度可以超过74% 很多，却并不发生变型。
（a） 不均匀液珠形成的密堆积乳状液示意图
（b） 形成多面体后密堆积乳状液示意图
2015-6-4
二、乳化剂分子构型
乳化剂分子的空间构型（分子中极性基 团和非极性基团截面积之比）对乳状液的类 型起重要作用。 将乳化剂比喻为两头大小不等的楔子， 若要楔子排列的紧密且稳定，截面积小的 一头总是指向分散相，截面积大的一头留 在分散介质中，此即为楔子理论。
§5.3 乳状液的稳定性
一、乳状液不稳定性的表现
2015-6-4
乳状液不稳定性的表现
分层—在重力场中，无论是否有絮凝作用发 生，因分散相与分散介质的密度不同，分散相 液滴可以上浮（或下沉），使得分散相液珠不 再成均匀分布。 絮凝（聚沉）--在某些条件下分散相粒子 间相互聚集，形成聚集体；若聚集体较为紧密， 易于与分散介质分离，则为聚沉；若聚集体较 为松散，常可经搅动后再分散，称为絮凝。 聚结—两个小液滴合并为一个较大液滴的 作用，在聚结发生时，乳状液分散相液珠表面 的表面活性剂稳定的表面层发生重组，此过程 为不可逆过程。
乳状液 可分为 两大类型
外相
水包油，O/W，油分散在水中 油包水，W/O，水分散在油中
内相
O/W (水包油型)
W/O (油包水型)
2015-6-4
乳状液的类型
在适当的乳化剂条件下，可形成O/W (水包油型)或W/O (油包水型)乳状液。
O/W型:
牛奶、鱼肝油乳剂、农药乳剂等； W/O型: 油剂青霉素注射液、原油等。
2015-6-4
§5.4 乳化剂的选择
一、乳化剂的分类
乳化剂一般可分为四大类：表面活性剂 类乳化剂、高分子类乳化剂、天然产物类乳 化剂以及固体粉末乳化剂。 常用的乳化剂是一些表面活性物质，如 肥皂、蛋白质、磷脂、胆固醇等。
2015-6-4
1 、有良好的表面活性，能显著降低油水 界面张力并能在界面上吸附； 2 、乳化剂在界面上能形成紧密排列的凝 聚态膜，使界面膜有较高粘度和力学性能； 3 、根据欲得乳状液类型选择：油溶性乳 化剂易得W/O型乳状液，水溶性乳化剂易得O/W 型乳状液； 4 、根据乳状液用途选择：食品、化妆品 和药剂等乳状液宜用天然产物类或无毒合成表 面活性剂为乳化剂。
2015-6-4
二、 乳状液的破坏 1.加热破乳 升温加速乳状液液珠的布朗运动使絮 凝速率加快，同时使界面粘度迅速降低， 使聚结速率加快，有利于膜的破裂。 2.高压电破乳 高压电场的破乳较复杂不能只看作扩 散双电层的破坏，在电场下液珠质点可排 成一行，呈珍珠项链式，当电压升到某一 值时，聚结过程在瞬间完成。
O/W型
W/O型
染色法微观示意图(以苏丹Ⅲ为例）
2015-6-4
检验水包油 乳状液
加入水溶性染料 如亚甲基蓝，说 明水是连续相。
加入油溶性的 染料红色苏丹 Ⅲ，说明油是 不连续相。
2015-6-4
3．电导法
通常O/W型乳状液有较好的导电性 能，而W/O型乳状液的导电性能却很差。 （但若乳状液中有离子型乳化剂，也有 较好导电性）。
第五章 乳状液及微乳状液
第五章
1 2 3 4 5 6
乳化作用及乳状液的类型 影响乳状液类型的因素
乳状液的稳定性和选择 乳化剂的制备 乳状液的应用 微乳状液
§5.1 乳化作用及乳状液的类型
一、乳化作用 乳化作用是在一定条件下使不相 混溶的两种液体形成有一定稳定性的 液液分散体系的作用。
2015-6-4
例外：一价银肥皂，作为乳化剂形成W/O型乳状液
2015-6-4
三、乳化剂溶解度
Bancroft提出，油水两相中，对乳化 剂溶解度大的一相成为外相。 例如：碱金属的皂类是水溶性的，故 形成O/W型乳状液，二价与三价金属皂是 油溶性的，它们都形成W／O型乳状液。
2015-6-4
乳化剂溶解度
以固体粉末为乳化剂时，若要使固体 微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，固 体粒子大部分应当在分散介质中。 容易被水润湿的固 体，如粘土、Al2O3 ，可形成O/W乳状 液。
2015-6-4
§5.2 决定和影响乳状液类型的因素
一、相体积
乳状液的分散相被称为内相，分散介 质被称为外相。 在1910年，Ostward根据立体几何的观 点提出“相体积理论”，他指出：如果分散 相均为大小一致的，根据液珠不变型的球型 立体几何计算，任何大小的球形最紧密堆积 的液珠体积只能占总体积的74%。
2015-6-4
二、天然乳化分散法
把乳化剂加到油中，制成溶液直接投 入水中，可制成O/W型乳状液，有时需稍 加搅拌。 农药乳状液如敌敌畏乳剂就以此法制得。
三、瞬间成皂法 将脂肪酸溶于油中，碱溶于水中，然后 在剧烈搅拌下将两相混合，在混合瞬间界面 上形成了脂肪酸钠，这就是O/W型乳化剂。
2015-6-4
2015-6-4
PIT-相转变温度，是表面活性剂的亲水亲 油性质处于平衡时的温度，当温度变化经过该 温度时，由该表面活性剂稳定的乳状液会由一 种类型转变为另一种类型。 非离子型表面活性剂的HLB值随温度而变 化，在PIT时其亲水亲油性质恰好平衡，在此 温度之下亲水性强于亲油性，易形成O/W性， 在PIT之上，易形成W/O型。
2015-6-4
4．滤纸润湿法 由于滤纸容易被水所润湿，将O/W型 乳状液滴在滤纸上后会立即辅展开来，而 在中心留下一滴油；如果不能立即辅展开 来，则为W/O型乳状液。
1.黏度性质 乳状液的黏度取决于组成、浓度、内相与外相 的黏度以及乳化剂的性质。 2.电性质 乳状液的电导取决于分散介质即外相的电导， 因此O/W型乳状液的电导明显高于W/O乳状液的电导 3.光学性质 乳状液属于粗分散体系，由于分散相的尺寸处 于胶体粒子大小上限以上，通常为0.1～10μm或更 大，而可见光波波长介于0.4～0.8 μm之间，因此 有较强的光反射行为，故一般的乳状液是不透明的 乳白色液体。
四、界面复合物生成法
在油相中加入一种易溶于油的乳化剂， 在水相中加入一种易溶于水的乳化剂。当油 和水相互混合，并剧烈搅拌时，两种乳化剂 在界面上相互作用并形成稳定的复合物。
五、轮流加液法
将水和油轮流加入乳化剂中，每次少 量加入。 制备某些食品乳状液就用此法。
2015-6-4
§5.6 乳状液的转型与破坏
油 水 水
2015-6-4
乳化剂溶解度 容易被油润湿的炭黑、石墨粉等，可作 为W/O型乳状液的稳定剂。
水
油
2015-6-4
四、聚结动力学因素
1957年Davies提出了一个关于乳状液 类型的定量理论： 在乳化剂、油、水一起摇荡时，油相 与水相都破裂成液滴，形成图(a)与(b)中 左半边所示的情形。
2015-6-4
PIT法
具体做法：取等量油和水，加3%~5%的 乳化剂水溶液，振荡、加热，观察由O/W型变 为W/O型的温度，如果想制备O/W型乳状液， 需选择PIT比保存温度高20~60 oC的表面活性 剂为乳化剂；若想制备W/O型的应选择PIT比 保存温度低10~40 oC的表面活性剂为乳化剂。
2015-6-4
相体积
若分散相相体积大于74%, 乳状液就 会变型。
如 水 的 体 积 占 总 体 积 的 26~74% 时 O/W型、W/O型两种乳状液都有形成的可 能性。若小于26%只能形成W/O型乳状液， 若大于74%只能形成O/W型乳状液。此理 论有一定的实验基础。
2015-6-4
相体积
2015-6-4
二、影响乳状液稳定性的主要因素
1.界面张力 乳状液是相界面很大的多相体系，液 珠有自发聚结，以降低体系总界面能的倾 向。显然，可以加入表面活性剂降低表面 张力，以增强乳状液的稳定性。
2015-6-4
2.界面膜的性质 界面膜的机械强度是决定乳状液稳定 性的主要因素。大量实验事实说明： （1）要有足够量的乳化剂才能有良好的乳 化效果 （2）直链结构的乳化剂的乳化效果一般优 于支链结构的。 为提高界面膜的机械强度有时使用混 合乳化剂，不同乳化剂分子间相互作用可 以使界面膜更坚固，乳状液更稳定。