第七章 乳状液与泡沫
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物理化学第七章
粗分散物系
>10-7m
混浊泥水，牛 奶，豆浆
3、胶体四大特征：（同溶液相比较）
①聚结不稳定性（热不稳自发聚沉）②多相不均匀性 聚结不稳定性 ②多相不均匀性（一相分散 于另一相，有相界面）③高分散性 ③高分散性（颗粒大小及胶团量不相同） 结构组成不确定性（受添加剂或添加物影响） ④结构组成不确定性 （真溶液：热稳，均相物系，组成，结构，分子量恒定） 4、胶体化学研究内容：表面现象，分散物系及高分子溶液 5、表面：物体处于真空或与本身饱和蒸气达平衡的面。 6、界面：物体与空气或其他物体相接触的面（存在于两相之间 几个nm厚度薄层） 7、表面现象（Surface phenomenon）：凡物质处于凝聚状态时， 其界面上发生的一切物理化学现象。（包括s-g,s-l,l-g,ss,l-l等统称表面）严格讲为界面现象，如：毛细现象，润湿 作用，液体过热，蒸气过饱和，吸附作用等统称界面现象 AS Sο (Interface phenomenon)。
（1）按分散相和分散介质的聚集状态分类
分散相 分散介质 名称 气 泡沫 液 液 乳状液 固 悬浮体，溶液胶 气 液 固 固溶胶 固 气 液 气 气溶胶 固
实例 肥皂泡沫 牛奶 泥浆，金溶胶 浮石，泡沫玻璃 珍珠，某些矿石 某些合金 雾 烟
（2）按分散相的分散度分类
类型 低分子 分散物系 分散相粒子半 径 <10-9m 分散相 原子 离子,小分子 性质 均相，热力学稳定物 系，扩散快，能透过 半透膜，形成真溶液 均相，热力学稳定物 系，扩散慢，不能透 过半透膜，形成真溶 液 举例 NaCI、蔗糖的 水溶液，混合 气体等 聚乙烯醇水溶 液
之一)：当毛细管插入润湿性液体水中时，管内液面呈凹面, △P背向 液面，使液体受到向上提升力而沿管内壁上升,当液柱产生的静压 力ρgh=△P时达平衡停止移动；反之，当毛细管插入非润湿性液体 汞中时产生管内凸液面，因△P向下,使管内液面下降至ρgh=△P 达平衡时停止，此为毛细现象。
第7章乳状液
式中，r-内相液珠半径；ρ 1－内相的密度；
ρ 2－外相的密度；η －代表外相的粘度。
液珠的运动速度越慢液珠间的碰撞的机率减少有利 于乳状液的稳定。 界面膜的形成与界面膜的强度是乳状液稳定性最主 要的影响因素。
乳状液稳定的方法通常有：
a选择合适的乳化剂，使乳状液液滴的界面吸附膜有较好的机械 强度和韧性； b选择乳化剂和调节离子强度，使乳状液表面形成扩散双电层； c合适的乳化方法，提高乳化设备对液体的分散效力； d利用增调剂，提高分散介质的粘度并尽可能增加界面膜的强 免尽量减少两相的比重差，防止由于重力作用而产全的乳折。
1）离心分离法 在相同的离心速度下将欲比较稳定的乳状液分离一定时间（如 1min，5min，10min等）观察它们的分层情况，分层时间需时间 越长的越稳定。
2）生存时间法 生存时间是指分散相液滴在分散相欲分散介质界面上稳定 存在的时间。生存时间越长，可形成的乳状液越稳定。 3）液滴大小及分布比较法 在显微镜下观察乳状液内相液滴大小及分布，液滴平均直径越 小，越均匀，乳状液越稳定。
表7.1 乳状液液滴大小与外观
液滴大小
大滴 >1um 0.1～1um 0.05～0.1um
外观
可分辨出有两相存在 乳白色乳状液 蓝白色乳状液 灰白色乳状液
<0.05um
透明
7.1.3乳状液的粘度 Φ <0.02，乳状液粘度可用Einstein公式表示：
0 (1 2.5)
η－乳状液粘度；
2.染色法 油溶性染料：乳状液整体带色，则为w／o型： 液珠带色，则为o／w型。 水溶性染料：乳状液整体带色，则为o／w型： 液珠带色，则为w／o型。
3.电导法
图7-1 测量若状液类型仪器的线路
第八章_乳状液与泡沫
c. 油/水
固/油 固/水 固体完全处于油水界面
或三个界面中没有一个大于另两者之和
§8-4 影响乳状液类型的因素
一、相体积与乳状液液类型
由立体几何计算，最紧密堆积的液珠体积只能是总体 积的74.02%，若分散相体积大于74.02%时，乳状液会破坏 变型。 水<26%时，只能形成W/O 乳状液 水>74%时，只能形成O/W 乳状液 水26～74%时，则可能形成O/W或W/O乳状液 在多数情况下，液球大小不一，甚至内相是多面体结 构，则相体积和类型的关系不符合上述规律。
第八章 乳状液与泡沫
1
§8-1 乳状液
一、定义
乳状液：是至少有一种液体以液滴的形式分散在另一种液体之中
形成的体系。 分散的液球一般大于0.1μm，其稳定性因为表活剂或固体粉末的
存在而大大增强。通常将乳状液中以液珠形式存在一相称为内相（分
散相或不连续相），另一相称外相（分散介质或连续相）。 乳状液总有一相是水（或水溶液），以W表示。另一相是与水不 相溶的有机液体，简称为“油”相，以O表示。外相为水，内相为油 的乳状液称为水包油乳状液，用“O/W”表示，内相为水、外相为油 的乳状液称为油包水乳状液，用“W/O”表示。
§8-8 乳状液的不稳定性—分层-变型-破乳
一、变型的影响
1、乳化剂类型的变更 按楔子理论，乳化剂的构型是决定乳状液类型的重要因 素，如果某一乳化剂从一种构型转变为另一种构型，就会导 致乳状液的变型。例如，用钠皂稳定的乳状液是O/W型的， 加入足够量的二价正离子（如Ca2+、Mg2+等）或三价正离子 （或Al3+）能使乳状液变成W/O型。这是因为有下列化学反 应发生： 2Na·皂＋Mg2+ → Mg·皂＋2Na+ 2、相体积的影响 从相体积与乳状液的类型关系已知，乳状液的内相体积 占总体积的74%以下的体系是稳定的，如果再不断加入内相 液体，其体积超过74%，内相有可能将转变为外相，乳状液 就发生变型。
第七章 乳状液与泡沫
外观 可分辨出两相存在
乳白色乳状液 蓝白色乳状液
灰色半透明 透明
如果分布曲线随时间变化明显，曲线高峰向大半径移 动，并且宽度增加，就表明乳状液不稳定。
如果分布曲线显示出小半径的液珠多，分布集中，随 时间变化小，即表明该乳状液具有较高的稳定性。
根据分布曲线随时间变化的快慢可以衡量乳状液稳定性 的大小。
五、润湿性与乳状液的类型
用固体粉末作乳化剂等，只有润湿固体的液体 大部分存在于外相中，才能形成稳定的乳状液，即 润湿固体粉末较多的一相构成外相。
因此当 <90 °, 固体粉末大部分被水润湿,形 成O/W型乳状液，当 >90°时，固体粉末大部分被油 润湿，则形成W/O乳状液，当 =90°时，则形成不稳
图7-1 使乳状液稳定的界 面保护层示意图
（1）表面张力 乳状液是热力学不稳定体系，分散相液滴总有
自发聚结、减少界面面积，从而降低体系能量的倾 向，故低的油-水界面张力有助于体系的稳定。
（2）界面膜的性质
乳化剂以亲水基伸进水中，亲油基伸进油中，定向排列 在油-水界面形成界面吸附膜，对乳液保护，防止液滴聚结。 当乳化剂浓度
水<26%时，只能形成W/O 乳状液 水>74时，只能形成O/W 乳状液 水26～74时，则可能形成O/W或W/O乳状液 在多数情况下，液球大小不一，甚至内相是多面体结 构，则相体积和类型的关系不符合上述规律。
若将其运用于乳状液，则内相体积分数大于0.74时，将导 致乳状液的破坏与变型。此说法有一定的实验基础。但是 在实际的乳状液中内相的液珠大小是很不均一的。此外， 在内相体积很大时，乳状液的液珠可被挤压变为多面体， 外相的液体可以挤成薄的液膜。结果使得内相体积分数可 以远大于0.74。实际上能制得许多内相体积分数大于90% 的稳定乳状液，显然相体积理论是不能解释这些结果的。
第七章表面活性剂的起泡和消泡作用
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（2）浓泡。浓泡的泡沫是密集的，气 泡间只被极薄的—层液膜所隔开，是结构 为多面体气泡的堆积。浓泡才是真正的 泡沫。 一、泡沫的分类 泡沫的分类方法有以下三种：
1．按泡沫的寿命分类 可分为寿命为几 秒的“短暂泡沫”和在无干扰条件下能 维持几天不破的“持久性泡沫”。
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正是这种因表面张力梯度引起的收缩效应 使吸附了表面活性剂的液膜，在受到冲击后， 产生自动修补液膜变薄处，表现出表面活性 剂的自修复作用。 Gibbs用下式来表示膜弹性：
E 膜弹性； A 膜面积；γ 表面张力 T 温度 ; N 组分
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１.泡沫液膜的排液减薄 （1）.重力排液 气泡间的液膜，由 于液相密度远大于气相的密度，因此在地心 引力作用下就会产生向下的排液现象，使液 膜减薄。 （２）.表面张力排液 由于泡沫是由多面体 气泡的堆积而成．在泡沫中气泡交界处就形 成了如图7—3中的形状称之为Plateau边界 (也称为Gibbs三角)。
17
二、表面活性剂的稳泡能力 溶液产生泡沫之后，SAA使泡沫持久不灭， 或增加泡沫“寿命”的能力。这与SAA在液 膜的性质有密切的关系。 三、影响表面活性剂稳泡能力的因素 1．界面张力
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SAA的稳泡能力是指在表面活性剂水
低表（界）面张力有利于泡沫的形成， 同时也有利于泡沫的稳定，因为当形成多面 体的泡沫时，会产生表面张力排液的作用。 若液膜的表面张力低，在Plateu边界和平面 膜间的压差就会小，液膜排液减薄的速度就 慢，此时低表张力才有利于泡沫的稳定。
（2）邻苯二甲酸单脂肪醇酯钠盐
（2）浓泡。浓泡的泡沫是密集的，气 泡间只被极薄的—层液膜所隔开，是结构 为多面体气泡的堆积。浓泡才是真正的 泡沫。 一、泡沫的分类 泡沫的分类方法有以下三种：
1．按泡沫的寿命分类 可分为寿命为几 秒的“短暂泡沫”和在无干扰条件下能 维持几天不破的“持久性泡沫”。
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正是这种因表面张力梯度引起的收缩效应 使吸附了表面活性剂的液膜，在受到冲击后， 产生自动修补液膜变薄处，表现出表面活性 剂的自修复作用。 Gibbs用下式来表示膜弹性：
E 膜弹性； A 膜面积；γ 表面张力 T 温度 ; N 组分
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１.泡沫液膜的排液减薄 （1）.重力排液 气泡间的液膜，由 于液相密度远大于气相的密度，因此在地心 引力作用下就会产生向下的排液现象，使液 膜减薄。 （２）.表面张力排液 由于泡沫是由多面体 气泡的堆积而成．在泡沫中气泡交界处就形 成了如图7—3中的形状称之为Plateau边界 (也称为Gibbs三角)。
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二、表面活性剂的稳泡能力 溶液产生泡沫之后，SAA使泡沫持久不灭， 或增加泡沫“寿命”的能力。这与SAA在液 膜的性质有密切的关系。 三、影响表面活性剂稳泡能力的因素 1．界面张力
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SAA的稳泡能力是指在表面活性剂水
低表（界）面张力有利于泡沫的形成， 同时也有利于泡沫的稳定，因为当形成多面 体的泡沫时，会产生表面张力排液的作用。 若液膜的表面张力低，在Plateu边界和平面 膜间的压差就会小，液膜排液减薄的速度就 慢，此时低表张力才有利于泡沫的稳定。
（2）邻苯二甲酸单脂肪醇酯钠盐
物理化学界面现象与胶体
况下)数据如下:
兰格缪尔吸附等温式基本假设如下:
(1)外表是匀称的,吸附剂外表原子力场有剩余价力,能吸附气体分子 P(kP)0.5241.7313.0584.5347.49710.327V(cm3)0.9873.0435.0827.0471
物质的浓度，或分压与它在体相中不同的现象称为吸附。
示。
2.吸附剂:在气-固界面上发生吸附时，固体是起吸附作用的物质，称
或
为吸附剂；
1.弗仑德利希(Freundlich)公式：
3.吸附质:气体是被吸附的物质，称为吸附质。
弗仑德利希依据试验,总结出吸附的阅历公式:
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或
肯定温度下，弯曲液面的附加压力与液体的外表张力成正比，与曲率
半径成反比，其关系为：Δp = 2γ/r
上式为杨氏方程。
此式称为拉普拉斯方程。式中，r 为液面的曲率半径。
肯定温度与压力下，接触角与润湿程度有如下关系：
二.液体对固体的润湿作用
(1) 若液-固界面张力大于气-固外表张力，则,。此时不润湿。当时，
由于凹液面的附加压力Δp 0，使管内液面所受的压力小于管外平液面所 层单分子层或多分子层单分子层
受的压力，因此管外的液体将自动流入管内，导致管内液柱上升，直到上
吸附速率
升的液柱，高度为 h，所产生的静压力ρgh 等于附加压力Δp 时，系统到
较快，不受温度影响，一般不需要活化能较慢，随温度升高速率加快，
1.润湿
则为完全不润湿。
润湿是指当液体接触固体时，原有的气-固外表或气-液外表自动地被
(2) 若液-固界面张力小于气-固外表张力，，。此种状况称为润湿。
第七章 乳状液
第七章乳状液7.1乳状液•乳状液是一种多相分散体系，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，其分散度比典型的憎液溶胶低得多。
•凡由水和…油”(广义的袖)混合生成乳状液的过程，称为乳化。
乳状液1.油/水型即水包油型 (O/W) 如：润肤露2.水油型即油包水型 (W/O) 如：牛奶•当液体分散成许多小液滴后，体系内两掖相间的界面积增大，界面自由能增高，体系成为热力学不稳定的，有自发地趋于自由能降低的倾向，即小液滴互碰后聚结成大液滴，直至变为两层液体。
为得到稳定的乳状掖，必须设法降低分散体系的界面自由能，不让液滴互碰后聚结。
为此，主要的是要加入一些表面活性剂，通常也称为乳化剂。
•乳化剂是乳状液形成所必不可少的成分，乳化剂分子往往有两个分别亲水和亲油的端基，亲水基与水结合，亲油基与有结合，在水和由之间形成过渡层，从而降低水和由的界面张力，使溶液得以乳化。
7.2 乳状液的制备和物理性质一、混合方式1.机械搅拌用较高速度(4000—8000r/min)螺旋桨搅拌器制备乳状液是实验室相工业生产中经常使用的一种方式。
2.胶体磨将待分散的体系由进料斗加入到胶体磨中，在磨盘间切力的作用下使待分散物料分散为极细的液滴，乳状液由出料口放出。
3.超声波乳化器靠压电晶体或磁致伸缩方法产生的超声波破碎待分散的液体。
4.均化器均化器实际是机械加超声波的复合装置。
将待分散的液体加压，从一可调节的狭缝中喷出，在喷出过程中超声波也在起作用。
二、乳化剂的加入方式1.转相乳化法将乳化剂先溶于油中，在剧烈搅拌下慢慢加水，加入的水开始以细小的液滴分散在油中，是W/O型乳状液。
再继续加水，随水量增多，乳状液变稠，最后转相变成O/W型乳状液。
2.瞬间成皂法将脂肪酸加入油相，碱加入水相，两相混合，在界面上即可瞬间生成作为乳化剂的脂肪酸盐。
3.自然乳化法将乳化剂加入油中，制成乳油溶液．使用时，把乳油直接倒入水中并稍加搅拌，就形成O/W型乳状液。
胶体与表面化学 乳状液与泡沫
油 水
10.07.2020
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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。
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水
油
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8.3 破乳
定义：使乳状液破坏的过程称为破乳或去乳化。
其过程分为两步： 第一，分散相小液滴絮凝成团； 第二，凝聚，即分散相结合成更大的液滴，在重力场 下自动分层。
乳状液稳定存在的主要原因是乳化剂的存在，所以， 要破乳就要消除或削弱乳化剂的保护能力。
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二、乳状液的物理性质 3、粘度
外相粘度起主导作用
4、电性质 取决于外相
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8.2 乳状液的稳定因素
添加少量的添加剂就能使乳状液比较稳定的存在，解 释这种现象的理论就是乳状液的稳定理论，它大致有以 下几个方面：
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1)降低界面张力
乳状液系统的相界面面积比构成它的纯液体要大得多 ，是不稳定分散系统。加入少量表面活性剂，表面活性剂 在两相界面产生正吸附，明显降低界面张力，使表面吉布 斯函数降低，稳定性增加。
吸附膜
若分散介质为液体，则称为液
体泡沫。若要得到比较稳定的液 体泡沫，必须加入起泡剂。起泡 剂实际上也是表面活性剂，它们 在气–液界面上发生正吸附（表 面过剩为正），形成定向排列的 吸附膜。这样不但降低了气–液
界面的张力，而且增加了界面膜的机械强度，使泡沫能比较稳定 的存在。
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第8章 乳状液与泡沫
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§8.1 乳状液的物理性质 §8.2 乳状液的稳定因素 §8.3 破乳 §8.4 泡沫
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第七章泡沫ppt课件
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
对于一定厚度的膜，当C＜Cmax时，吸附量较小，它随 着溶液浓度的增加而增加，从而E值也随着增大，这是由于 吸附量的增加使E值提高。当C＞Cmax时，接近于饱和，不 再随浓度而增加，此时E随浓度的增加反而下降。这是由于 浓度大于Cmax时，表面活性剂分子从溶液内部扩散到表面的 速度可以超过通过表面扩散的速度，因此导致表面活性分子 自动修复膜的能力降低。由此可知，在液膜厚度一定时，只 有当表面活性剂浓度为Cmax时，膜的弹性系数最大，才能得 到最稳定的泡沫，而并不是表面活性剂的浓度越大越好。通 常Cmax值接近于该表面活性剂的cmc值。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
一、形成稳定泡沫的处理剂 1、表面活性剂类：这是常见的起泡剂，例如十二烷 基苯磺酸钠、十二醇硫酸钠以及普通的肥皂等，都有良 好的起泡性能。这类物质的溶液，表面张力很容易达到 25mN·m-1左右，这样低的表面张力无疑是良好起泡作用的主 要因素，同时这类分子在液膜上下两侧的气－液界面作定向 排列。伸向气相的碳氢链段之间相互吸引，使活性剂分子形 成相当坚固的膜。同时伸入液相的极性基团由于水化作用， 具有阻止液膜液体流失的能力。 2、蛋白质类：例如蛋白质、明胶等，对泡沫也有良好的稳 定作用。这类物质虽然降低表面张力能力有限，但是它可以 形成具有一定机械强度的薄膜。 3、固体分末 4、其他类型：包括非蛋白质类的高分子化合物。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
第七章 乳状液与气泡
四、常用乳化剂
1．低分子量乳化剂
①宜制备O/W型乳状液的亲水性乳化剂 (1)阴离子型乳化剂
四、常用乳化剂
脂肪酸的Na、K、NH4+盐，十二烷基硫酸钠，十六烷基硫酸钠，石油磺酸钠， 2-乙基己基硫酸钠，二甲苯磺酸钠，萘磺酸钠，磺基琥珀酸钠，天然磺化油, R-COOC2H4SO3Na，R-CONHC2H4SO3Na (R＝C17H33)，土耳其红油, 胆汁盐,
二、食品乳状液
牛油，15％；椰子油，15％；棕榈仁油，50％；
制备方法：将约占80％的上述油脂加热熔化，与约占20％的牛奶均匀搅拌，以 山梨糖醇酯、聚甘油酯等为乳化剂，冷却后加工而成。 联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)批准使用的表面活性剂有：
第二节 决定和影响乳状液类型的因素
第二节 一、能量因素说
决定和影响乳状液类型的因素
该学说认为乳化剂溶解度大的一相构成乳状液的连续相，形成相应类型乳状 液。如: 水溶性乳化剂易形成O/W型乳状液。 乳化剂在油水界面可形成一个界面膜，该界面膜两侧有两个界面张力，界面 张力小的一侧界面易扩大，易构成外相(连续相)，界面张力大的一侧就成为内相(分 散相)。因而，水溶性好的乳化剂在亲水端界面有较小界面张力，易扩大该界面， 形成O/W型乳状液，较高界面张力的油相一侧成为内相。 二、几何因素说 若在油水界面上乳化剂成单层紧密排列，乳化剂亲水基和疏水基截面积大小可 能会对乳状液类型产生影响。显然，截面积大的一端亲和的液体将构成乳状液的外 相，另一端成内相。 例如：一价金属的脂肪酸盐和二价金属的脂肪酸盐比较，前者亲水端基比后者 的小得多，因而前者易形成O/W型，后者易形成W/O型乳状液(图5.1)。
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，在此温度以上亲水性强于亲油性，易生成O/W型乳状液；在PIT以下，易生成
乳状液与泡沫
9.2 泡沫
泡沫是指气体分散在液体中的分散体系(bubble)
可以看成是内相为气体的乳状液(Foam)
泡沫分散度较低，一般用肉眼即可分辨，属于粗 分散系统
与乳状液相比，相同点： 1. 都是不混溶或者部分混溶的流体 2. 稳定分散体系的存在需要表面活性剂 3. 粒子半径大于10-7m
9.2.1 泡沫的类型
的存在，来降低表面张力并形成坚实稳定的界面
膜。当使用某种方法使乳化剂失去作用的时候， 它所带来的性能也会消失，从而起到破乳的作用。 总之，就是消除乳状液的稳定因素。
破乳方法
1.离心分离法，如分离奶油 2.加入化学试剂，使其与乳化剂分子发生反应，从而使 之变性、失去乳化作用。如无机酸加入到脂肪酸皂 的乳化液中，使脂肪酸游离出界面 3. 过滤法，选择使分散相能够优先润湿的材料，用多 空滤板进行过滤 4. 电沉降法，如原油是W/O型乳状液，在电场下加剧水 滴的聚结，从而降低原油中的水分 5. 升温法，升温能够降低体系的粘度，加剧分散相颗 粒的运动和碰撞频率，有利于聚结 6. 机械搅拌，破坏界面膜 7. 加入电解质
动力学角度分析： 亲水基阻碍油滴的聚结 憎水基阻碍水滴的聚集
9.1.3 乳状液类型的鉴别方法
稀释法
在无机械搅拌的情况下，以组成乳状液的任一种液体， 加入到乳液中去： 如果能混溶，则此溶液为外相 如果不能混溶，则此溶液为内相 例如水的加入，如果混溶为O/W
染色法
水溶性染料 油溶性染料
加入 搅拌
乳液
1.
液壁变得越来越薄，最终导致膜的破 裂。并且是上部的气泡先先裂开，并 由上至下逐渐的破裂，此时泡沫的体 积稳定减少。 若中间壁膜率先破裂，破裂的相互连 成大气泡，泡沫中气泡密度减少，而 总体积不变。
第七章++乳状液
液珠，最后聚沉分离。 破乳的方法很多，如加热破乳、高压电破乳、
过滤破乳、化学破乳等。
2013-7-5
破乳
乳状液的破坏（破乳 Deemulsification ) (1) 机械法 （离心分离、泡沫分离、蒸馏、过滤等） (2) 高压电法(石油的破乳脱水） (3) 升温法 (4) 加入表面活性更强但不能形成保护膜的表面活性 剂(如戊醇、辛醇、十二烷基磺酸钠等）
2013-7-5
乳状液的应用
(4)、稠油的乳化降粘 我国不少地区的原油是稠油，粘度高到常温下是 固体，甚至可以雕刻成艺术品。当粘度大于2Pa· s 时，用抽油机无法抽取。乳化降粘是解决办法之 一，即在抽油井的套管环形空间注入一定量的表 面活性剂溶液，使其与稠油混合形成不太稳定的
O/W型乳状液，原油粘度即大为降低，不但能用
2013-7-5
乳化剂的作用： (i)降低油-水界面张力： 乳化剂吸附在油水界面上，亲水的极性基团浸 在水中，亲油的非极性基团伸向油中，形成定向的 界面膜，降低了油水体系的界面张力，使乳状液变 得较为稳定。
2013-7-5
乳化剂或表面活性剂的选择
乳化剂的作用：
(ii)在分散相(内相)周围形成坚固的保护膜； 乳化剂分子在油水界面上的定向排列，形成一 层具有一定机械强度的界面膜，可以将分散相液滴 相互隔开，防止其在碰撞过程中聚结变大，从而得 到稳定的乳状液。 (iii)液滴双电层的排斥作用 由于同性电荷之间的静电斥力，阻碍了液滴之 间的相互聚结，从而使乳状液稳定。
2013-7-5
乳状液的不稳定性——变型和破乳
乳状液的不稳定性，表现为分层，变型和破乳 （1）分层：这往往是破乳的前导 指较轻的油 滴上浮，但并不改变 其分散度 （2）变型：是指乳状液由O/W型变为W/O型（或 反之） 影响变型的因素有：改变乳化剂，变更两相的体
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。
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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
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
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：
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。
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
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
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。
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
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
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
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
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
•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 Nhomakorabea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
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
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。
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
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
7.4 影响乳状液类型的因素
二、乳化剂分子构型
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；
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.
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
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。