第七章 乳状液与泡沫
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楔子理论
7.4 影响乳状液类型的因素
三、乳化剂溶解度
分配系数比：乳化剂在水相和油相中溶解度之比
分配系数越大，O/W；越小，W/O
7.4 影响乳状液类型的因素
四、其他因素 1.聚结速率 聚结速率快的，形成外相 2.润湿性 润湿固体的液体形成外相 3.双界面张力 界面张力较高一边液体成为内相。
7.5 乳化剂分类和选择
当厚而黏的膜所分开；②浓泡沫主要为气相，是多边形气泡 被薄的液膜所分开。 固体泡沫: 分散介质为熔融体, 由于它具有很高黏度, 使 小气泡既不易破裂又难于相互靠近, 降温凝固后得到的气－固
相分散物质。如浮石, 泡沫玻璃, 泡沫塑料等。
液体泡沫: 分散介质是液体。
7.10 泡沫
纯液体只能形成暂时的泡沫，对于乳状液之类的液体， 必须加入第三组分（发泡剂），才能获得稳定的泡沫。通常 来说，好的乳化剂也就是好的发泡剂。 泡沫的稳定性取决于两个主要因素： （1）液膜因排液而变薄的趋势； （2）因无规干扰而破裂的趋势。 可能还有液膜的蒸发、穿过液膜的气体的扩散等因素。
当粒子能被水润湿时, 粒子大部分处于水中, 形成水包油型 乳状液。如粘土, Al2O3等固体微粒; 当粒子易被油润湿时, 粒子大部分处于油中, 形成油包水型 乳状液。如炭黑, 石墨粉等。 固体颗粒的尺寸应远小于分散相的尺寸。固体表面愈粗糙,
形状愈不对称, 愈易于形成牢固的固体膜, 使乳状液愈稳定。
7.4 影响乳状液类型的因素
7.2 乳状液的物理性质
一、乳状液的外观与液珠大小的关系
用不同的制备方法可以得到不同大小的内相液珠，由于
它们对光的吸收、散射、反射等性质不同，所以具有不同的 外观。
表7-1 乳状液的外观与液珠大小的关系 液珠大小 大滴 ﹥1um 1~0.1um 外观 可分辨出有两相存在 乳白色乳状液 蓝白色乳状液
乳状液稳定的主要因素是应具有足够机械强度的保护膜。 因此，只要是能使保护膜减弱的因素原则上都有利于破乳。 几种常用的破乳方法: ① 化学法 在乳状液中加入反型乳化剂，会使原来的乳
状液变得不稳定而破坏。反型乳化剂即是破乳剂。 ② 顶替法 用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来
的乳化剂。
③ 电破乳法 此法常用于W/O型乳状液的破乳。由于油
提高乳状液稳定性的措施主要有：
一、降低油水界面张力
乳化液中存在大面积的液-液界面。加入少量表面活 性剂在两相界面产生正吸附, 能显著降低的液-液界面的界 面张力, 使系统的表面吉布斯函数降低, 稳定性增加。
7.3 乳状液的稳定因素
二、增加液珠界面的电荷
液珠电荷来源:电离、吸附和介质摩擦 乳化剂负离子定向吸附在油-水界面上, 带电的一端指向水, 反离
7.2 乳状液的物理性质
三、动力性质和粘度
7.2 乳状液的物理性质
乳液粘度随内相含量变 化，近似由Einstein公 式描述：
0 (1 k )
内相浓度达到50％左右：
7.2 乳状液的物理性质
• 乳化剂对乳状液粘度影响
7.2 乳状液的物理性质
四、电性质
7.3 乳状液的稳定因素
方法。
7.9 微乳液
通常所说的乳状液颗粒大小常在0.1～50um之间，在普 通光学显微镜下可观测到。从外观看，一般都是乳白色、不 透明的体系，故称为“宏乳状液”（macroemulsion），简 称乳状液。 微乳状液（microemulsion）：分散相粒子很小，常在 0.01～0.10um之间，由水、油、表面活性剂和助活性剂等四 个组分以适当的比例自发形成的透明或透明的稳定体系，称
第七章 乳状液与泡沫
7.1 乳状液
一、乳状液（emulsion）定义：是一种多相分散系统，它是一 种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中 所构成的。 通常将形成乳状液时被分散的相称为内相，而作为分散介 质的相称为外相。内相是不连续的，外相是连续的。
乳状液中分散相粒子的大小约在0.1~10um，属于粗分散
三、提高界面膜强度
乳化过程也是分散相液滴表面的成膜过程, 界面膜的厚度, 特别是强度和韧性, 对乳状液的稳定性起着举足轻重的作用。 乳化剂的亲水端和憎水端的截面积常大小不等。它吸附在 油-水界面上时, 常呈现“大头”朝外, “小头”朝里的构型, 使分 散相液滴的面积最小, 界面吉布斯函数最低, 且界面膜更牢固。
•固体颗粒在油-水界面上的三种润湿情况
7.3 乳状液的稳定因素
根据空间效应, 为使固体微粒在分散相的周围排列成紧密 的固体膜, 固体粒子的大部分应当处在分散介质中, 这样粒子 在油-水界面上的不同润湿情况就会产生不同类型的乳状液。
水
油
油
水
•固体粉末乳化作用示意图 O/W 型 W/O 型
7.3 乳状液的稳定因素
之为微乳状液，简称微乳液。
微乳状液类型：O/W、W/O与双连续相结构。
7.9 微乳液
界面张力观点：
7.10 泡沫
泡沫: 气体分散在液体或固体中所形成的粗分散系统。
许多大小不等, 形状各异的小气泡堆积在一起, 气泡之间的隔 膜各处厚薄不一, 气泡的线度一般在100nm以上, 肉眼可见。
可分为两种极端情况：①稀泡沫为接近球形的气泡被相
7.10 泡沫
泡沫液膜的性能 稳定泡沫膜间夹角120
多边形泡沫结构多数为六边形
7.10 泡沫
要得到比较稳定的液体泡沫须加入起泡剂, 它们在气－液
界面上发生正吸附, 形成定向排列的吸附膜, 能显著地降低气
－液界面张力, 又可增加界面膜的机械强度。 双吸附膜作用： 阻止液体挥发； 提高粘度，阻止流失； 提高吸附层强度；
子则呈扩散状分布, 形成扩散双电层, 它一般具有较大的热力学
电势及较厚的双电层, 使乳状液处于较稳定的状态。 一般O/W型乳化液中油滴常带负电；反之，在W/O型乳化液中 水滴带正电。
7.3 乳状液的稳定因素
（a）无表面活性剂（b）存在表面活性剂（c）在（b）基础上加入无机盐
7.3 乳状液的稳定因素
7.5 乳化剂分类和选择
7.5 乳化剂分类和选择
7.5 乳化剂分类和选择
HLB选择乳化剂
乳化效率：乳液稳定性的标志
7.5 乳化剂分类和选择
7.6 乳液制备
7.6 乳液制备
7.6 乳液制备
7.6 乳液制备
7.8 乳液的不稳定性
乳状液的破坏表示乳状液不稳定。乳状液的不稳定性，
表现为分层、变型和破乳。 （1）分层 往往是破乳的前导，轻轻的油滴上浮但并
7.1 乳状液
三、鉴别乳状液的类型的方法
（1）稀释法
乳状液能为其外相液体所稀释。取少量
乳状液滴入水中或油中, 若乳状液能在水中稀释即为O/W型; 在油中稀释则为W/O型。 （2）染色法 在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的
染料, 在显微镜下观察是内相还是外相被染色。 （3）电导法 W/O强。 未加离子型乳化剂时, O/W型导电性比
液膜电荷影响
液膜较薄时，液膜上下表面同种电荷相斥维持泡沫稳定。
7.10 泡沫
泡沫的稳定性
透气性
液膜表面粘度高，透气低，泡沫较稳定。
表面活性剂类型
高表面粘度、强修复能力、电荷排斥
分子作用强、水化性能强
7.10 泡沫
7.10 泡沫
7.10 泡沫
7.10 泡沫
泡沫的应用很广泛, 如泡沫浮选、泡沫灭火剂、泡沫杀
O/W
W/O
7.3 乳状液的稳定因素
四、固体粉末稳定作用
粉末乳化剂和通常的表面活性剂一样，只有当它们处在
内外两相界面上时才能起到乳化剂的作用。
7.3 乳状液的稳定因素
固体粉末处在油相、水相还是两相界面上，取决于粉末的
亲水亲油性。
油
水
(左) >90, 颗粒不能被水 润湿而更多地进入油中; (中) = 90,颗粒的亲水亲 油性均等; (右) < 90, 颗粒能被水润 湿而更多地进入水中.
0.1~0.05um
﹤0.05um
灰色半透明
透明
7.2 乳状液的物理性质
二、光学性质 乳状液分散相与分散介质的折光率不同， 发生发射、折射与散射现象。 •外观差别 液珠直径大于光的波长，反射；乳白色 液珠远小于光的波长，光线透过，透明 略小于光的波长，散射，丁达尔现象。 液珠透明，可能产生折射现象。
的电阻率很大，工业上常用高压交流电破乳。
7.8 乳液的不稳定性
④ 加热法 升温一方面可以增加乳化剂的溶解度，从
而降低它在界面上的吸附量，消弱保护膜；另一方面，升温 可以降低外相的黏度，从而有利于增加液滴相碰的机会，所
以升温有利于破乳。
⑤ 机械法 包括离心分离、泡沫分离、蒸馏和过滤等。
通常先将乳状液加热再以离心分离或过滤。 总之，破乳的方法多种多样，究竟采用哪种方法，需根 据乳状液的具体情况来确定，在许多情况下常联合使用几种
不改变分散度。如牛奶的分层现象。 （2）变型 是指乳状液由O/W型变为W/O型（或反
之）。影响变型的因素：改变乳化剂、变更两相的体积比、
改变温度以及电解质的影响等。 （3）破乳 将油和水分离的过程。与分层不同，分层
还有两种乳状液存在，而破乳是使两种液体完全分离。
7.8 乳液的不稳定性
7.8 乳液的不稳定性
离子基团排斥作用阻止液膜 变薄。
• 表面活性剂的起泡作用
7.10 泡沫
泡沫的稳定性 泡沫的持久性，寿命长短。
生成期、排液后期。
表面粘度
寿命长，表面 张力不低。
7.10 泡沫
泡沫的稳定性
表面粘度
7.10 泡沫
泡沫的稳定性
修复作用
效应
液膜对抗表面扩张收缩的能力。 表面活性剂的迁移作用。 表面活性剂浓度的影响，饱和表面活性剂溶液效果 并不理想。泡沫最稳定的浓度对应于：
最初人们认为量多的液体为外相，目前可制备
内相高达90％的乳状液。
一、相体积
最紧密堆积原理：大小相同球形液珠，最大体积74％。 分散相体积大于74%,乳液类型改变。 某相26％～74%，W/O、O/W 某相<26%，仅为分散相
7.4 影响乳状液类型的因素
高效乳化剂
Βιβλιοθήκη Baidu 7.4 影响乳状液类型的因素
二、乳化剂分子构型
系统。但由于它具有多相和易聚结的不稳定性等特点，故也作 为胶体化学研究的对象。 如牛奶, 含水石油, 炼油厂的废水, 乳化农药等。 乳化剂：能够提高乳液稳定性的物质
7.1 乳状液
二、乳状液的类型 （1）油/水型（O/W ） 即水包油型, 微 小油滴分散在水中。 （2）水/油型（W/O ） 即油包水型, 微 小水滴分散在油中。 还有复乳型，如微小水滴分散在油中， 再分散在水中W/O/W，有其特殊用途，但 并不见。
虫剂、泡沫除尘及泡沫陶瓷等方面皆用到泡沫技术。
但在发酵、精馏、造纸、印染及污水处理等工艺过程
中, 泡沫的出现将会给操作带来诸多不便, 因此在这类工艺
操作中, 必须设法防止泡沫的出现或破坏泡沫的存在。 消泡剂的作用在于对抗各种促进泡沫稳定的因素。一 般来说，消泡剂优先于发泡剂被吸附在界面上，但不具备 稳定泡沫的能力，它们可能借快速吸附而生效。
7.4 影响乳状液类型的因素
三、乳化剂溶解度
分配系数比：乳化剂在水相和油相中溶解度之比
分配系数越大，O/W；越小，W/O
7.4 影响乳状液类型的因素
四、其他因素 1.聚结速率 聚结速率快的，形成外相 2.润湿性 润湿固体的液体形成外相 3.双界面张力 界面张力较高一边液体成为内相。
7.5 乳化剂分类和选择
当厚而黏的膜所分开；②浓泡沫主要为气相，是多边形气泡 被薄的液膜所分开。 固体泡沫: 分散介质为熔融体, 由于它具有很高黏度, 使 小气泡既不易破裂又难于相互靠近, 降温凝固后得到的气－固
相分散物质。如浮石, 泡沫玻璃, 泡沫塑料等。
液体泡沫: 分散介质是液体。
7.10 泡沫
纯液体只能形成暂时的泡沫，对于乳状液之类的液体， 必须加入第三组分（发泡剂），才能获得稳定的泡沫。通常 来说，好的乳化剂也就是好的发泡剂。 泡沫的稳定性取决于两个主要因素： （1）液膜因排液而变薄的趋势； （2）因无规干扰而破裂的趋势。 可能还有液膜的蒸发、穿过液膜的气体的扩散等因素。
当粒子能被水润湿时, 粒子大部分处于水中, 形成水包油型 乳状液。如粘土, Al2O3等固体微粒; 当粒子易被油润湿时, 粒子大部分处于油中, 形成油包水型 乳状液。如炭黑, 石墨粉等。 固体颗粒的尺寸应远小于分散相的尺寸。固体表面愈粗糙,
形状愈不对称, 愈易于形成牢固的固体膜, 使乳状液愈稳定。
7.4 影响乳状液类型的因素
7.2 乳状液的物理性质
一、乳状液的外观与液珠大小的关系
用不同的制备方法可以得到不同大小的内相液珠，由于
它们对光的吸收、散射、反射等性质不同，所以具有不同的 外观。
表7-1 乳状液的外观与液珠大小的关系 液珠大小 大滴 ﹥1um 1~0.1um 外观 可分辨出有两相存在 乳白色乳状液 蓝白色乳状液
乳状液稳定的主要因素是应具有足够机械强度的保护膜。 因此，只要是能使保护膜减弱的因素原则上都有利于破乳。 几种常用的破乳方法: ① 化学法 在乳状液中加入反型乳化剂，会使原来的乳
状液变得不稳定而破坏。反型乳化剂即是破乳剂。 ② 顶替法 用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来
的乳化剂。
③ 电破乳法 此法常用于W/O型乳状液的破乳。由于油
提高乳状液稳定性的措施主要有：
一、降低油水界面张力
乳化液中存在大面积的液-液界面。加入少量表面活 性剂在两相界面产生正吸附, 能显著降低的液-液界面的界 面张力, 使系统的表面吉布斯函数降低, 稳定性增加。
7.3 乳状液的稳定因素
二、增加液珠界面的电荷
液珠电荷来源:电离、吸附和介质摩擦 乳化剂负离子定向吸附在油-水界面上, 带电的一端指向水, 反离
7.2 乳状液的物理性质
三、动力性质和粘度
7.2 乳状液的物理性质
乳液粘度随内相含量变 化，近似由Einstein公 式描述：
0 (1 k )
内相浓度达到50％左右：
7.2 乳状液的物理性质
• 乳化剂对乳状液粘度影响
7.2 乳状液的物理性质
四、电性质
7.3 乳状液的稳定因素
方法。
7.9 微乳液
通常所说的乳状液颗粒大小常在0.1～50um之间，在普 通光学显微镜下可观测到。从外观看，一般都是乳白色、不 透明的体系，故称为“宏乳状液”（macroemulsion），简 称乳状液。 微乳状液（microemulsion）：分散相粒子很小，常在 0.01～0.10um之间，由水、油、表面活性剂和助活性剂等四 个组分以适当的比例自发形成的透明或透明的稳定体系，称
第七章 乳状液与泡沫
7.1 乳状液
一、乳状液（emulsion）定义：是一种多相分散系统，它是一 种液体以极小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中 所构成的。 通常将形成乳状液时被分散的相称为内相，而作为分散介 质的相称为外相。内相是不连续的，外相是连续的。
乳状液中分散相粒子的大小约在0.1~10um，属于粗分散
三、提高界面膜强度
乳化过程也是分散相液滴表面的成膜过程, 界面膜的厚度, 特别是强度和韧性, 对乳状液的稳定性起着举足轻重的作用。 乳化剂的亲水端和憎水端的截面积常大小不等。它吸附在 油-水界面上时, 常呈现“大头”朝外, “小头”朝里的构型, 使分 散相液滴的面积最小, 界面吉布斯函数最低, 且界面膜更牢固。
•固体颗粒在油-水界面上的三种润湿情况
7.3 乳状液的稳定因素
根据空间效应, 为使固体微粒在分散相的周围排列成紧密 的固体膜, 固体粒子的大部分应当处在分散介质中, 这样粒子 在油-水界面上的不同润湿情况就会产生不同类型的乳状液。
水
油
油
水
•固体粉末乳化作用示意图 O/W 型 W/O 型
7.3 乳状液的稳定因素
之为微乳状液，简称微乳液。
微乳状液类型：O/W、W/O与双连续相结构。
7.9 微乳液
界面张力观点：
7.10 泡沫
泡沫: 气体分散在液体或固体中所形成的粗分散系统。
许多大小不等, 形状各异的小气泡堆积在一起, 气泡之间的隔 膜各处厚薄不一, 气泡的线度一般在100nm以上, 肉眼可见。
可分为两种极端情况：①稀泡沫为接近球形的气泡被相
7.10 泡沫
泡沫液膜的性能 稳定泡沫膜间夹角120
多边形泡沫结构多数为六边形
7.10 泡沫
要得到比较稳定的液体泡沫须加入起泡剂, 它们在气－液
界面上发生正吸附, 形成定向排列的吸附膜, 能显著地降低气
－液界面张力, 又可增加界面膜的机械强度。 双吸附膜作用： 阻止液体挥发； 提高粘度，阻止流失； 提高吸附层强度；
子则呈扩散状分布, 形成扩散双电层, 它一般具有较大的热力学
电势及较厚的双电层, 使乳状液处于较稳定的状态。 一般O/W型乳化液中油滴常带负电；反之，在W/O型乳化液中 水滴带正电。
7.3 乳状液的稳定因素
（a）无表面活性剂（b）存在表面活性剂（c）在（b）基础上加入无机盐
7.3 乳状液的稳定因素
7.5 乳化剂分类和选择
7.5 乳化剂分类和选择
7.5 乳化剂分类和选择
HLB选择乳化剂
乳化效率：乳液稳定性的标志
7.5 乳化剂分类和选择
7.6 乳液制备
7.6 乳液制备
7.6 乳液制备
7.6 乳液制备
7.8 乳液的不稳定性
乳状液的破坏表示乳状液不稳定。乳状液的不稳定性，
表现为分层、变型和破乳。 （1）分层 往往是破乳的前导，轻轻的油滴上浮但并
7.1 乳状液
三、鉴别乳状液的类型的方法
（1）稀释法
乳状液能为其外相液体所稀释。取少量
乳状液滴入水中或油中, 若乳状液能在水中稀释即为O/W型; 在油中稀释则为W/O型。 （2）染色法 在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的
染料, 在显微镜下观察是内相还是外相被染色。 （3）电导法 W/O强。 未加离子型乳化剂时, O/W型导电性比
液膜电荷影响
液膜较薄时，液膜上下表面同种电荷相斥维持泡沫稳定。
7.10 泡沫
泡沫的稳定性
透气性
液膜表面粘度高，透气低，泡沫较稳定。
表面活性剂类型
高表面粘度、强修复能力、电荷排斥
分子作用强、水化性能强
7.10 泡沫
7.10 泡沫
7.10 泡沫
7.10 泡沫
泡沫的应用很广泛, 如泡沫浮选、泡沫灭火剂、泡沫杀
O/W
W/O
7.3 乳状液的稳定因素
四、固体粉末稳定作用
粉末乳化剂和通常的表面活性剂一样，只有当它们处在
内外两相界面上时才能起到乳化剂的作用。
7.3 乳状液的稳定因素
固体粉末处在油相、水相还是两相界面上，取决于粉末的
亲水亲油性。
油
水
(左) >90, 颗粒不能被水 润湿而更多地进入油中; (中) = 90,颗粒的亲水亲 油性均等; (右) < 90, 颗粒能被水润 湿而更多地进入水中.
0.1~0.05um
﹤0.05um
灰色半透明
透明
7.2 乳状液的物理性质
二、光学性质 乳状液分散相与分散介质的折光率不同， 发生发射、折射与散射现象。 •外观差别 液珠直径大于光的波长，反射；乳白色 液珠远小于光的波长，光线透过，透明 略小于光的波长，散射，丁达尔现象。 液珠透明，可能产生折射现象。
的电阻率很大，工业上常用高压交流电破乳。
7.8 乳液的不稳定性
④ 加热法 升温一方面可以增加乳化剂的溶解度，从
而降低它在界面上的吸附量，消弱保护膜；另一方面，升温 可以降低外相的黏度，从而有利于增加液滴相碰的机会，所
以升温有利于破乳。
⑤ 机械法 包括离心分离、泡沫分离、蒸馏和过滤等。
通常先将乳状液加热再以离心分离或过滤。 总之，破乳的方法多种多样，究竟采用哪种方法，需根 据乳状液的具体情况来确定，在许多情况下常联合使用几种
不改变分散度。如牛奶的分层现象。 （2）变型 是指乳状液由O/W型变为W/O型（或反
之）。影响变型的因素：改变乳化剂、变更两相的体积比、
改变温度以及电解质的影响等。 （3）破乳 将油和水分离的过程。与分层不同，分层
还有两种乳状液存在，而破乳是使两种液体完全分离。
7.8 乳液的不稳定性
7.8 乳液的不稳定性
离子基团排斥作用阻止液膜 变薄。
• 表面活性剂的起泡作用
7.10 泡沫
泡沫的稳定性 泡沫的持久性，寿命长短。
生成期、排液后期。
表面粘度
寿命长，表面 张力不低。
7.10 泡沫
泡沫的稳定性
表面粘度
7.10 泡沫
泡沫的稳定性
修复作用
效应
液膜对抗表面扩张收缩的能力。 表面活性剂的迁移作用。 表面活性剂浓度的影响，饱和表面活性剂溶液效果 并不理想。泡沫最稳定的浓度对应于：
最初人们认为量多的液体为外相，目前可制备
内相高达90％的乳状液。
一、相体积
最紧密堆积原理：大小相同球形液珠，最大体积74％。 分散相体积大于74%,乳液类型改变。 某相26％～74%，W/O、O/W 某相<26%，仅为分散相
7.4 影响乳状液类型的因素
高效乳化剂
Βιβλιοθήκη Baidu 7.4 影响乳状液类型的因素
二、乳化剂分子构型
系统。但由于它具有多相和易聚结的不稳定性等特点，故也作 为胶体化学研究的对象。 如牛奶, 含水石油, 炼油厂的废水, 乳化农药等。 乳化剂：能够提高乳液稳定性的物质
7.1 乳状液
二、乳状液的类型 （1）油/水型（O/W ） 即水包油型, 微 小油滴分散在水中。 （2）水/油型（W/O ） 即油包水型, 微 小水滴分散在油中。 还有复乳型，如微小水滴分散在油中， 再分散在水中W/O/W，有其特殊用途，但 并不见。
虫剂、泡沫除尘及泡沫陶瓷等方面皆用到泡沫技术。
但在发酵、精馏、造纸、印染及污水处理等工艺过程
中, 泡沫的出现将会给操作带来诸多不便, 因此在这类工艺
操作中, 必须设法防止泡沫的出现或破坏泡沫的存在。 消泡剂的作用在于对抗各种促进泡沫稳定的因素。一 般来说，消泡剂优先于发泡剂被吸附在界面上，但不具备 稳定泡沫的能力，它们可能借快速吸附而生效。