表面活性剂乳化作用

表面活性剂乳化作用

两种互不混溶的液体，一种以微粒(液滴或液晶)分散于另一种中形成的体系称为乳状液。形成乳状液时由于两液体的界面积增大，所以这种体系在热力学上是不稳定的，为使乳状液稳定需要加入第三种组分——乳化剂，以降低体系的界面能。乳化剂属于表面活性剂，其主要功能是起乳化作用。乳状液中以液滴存在的那一相称为分散相(或内相、不连续相)，连成一片的另一相叫做分散介质(或外相、连续相)。

一、乳化剂和乳状液

常见的乳状液，一相是水或水溶液，另一相是与水不相混溶的有机物，如油脂、蜡等。水和油形成的乳状液，根据其分散情形可分为两种：油分散在水中形成水包油型乳状液，以O-W(油-水)表示；水分散在油中形成油包水型乳状液，以W-0(水-油)表示。此外还可能形成复杂的水泡油包水型乳状液，以w—O—W(水-油-水)表示和油包水包油型乳状液，以pW-0(油-水-油)表示。工业上遇到的乳状液体系还有含固体、凝胶等复杂的乳状液。一种液体以微粒分散在另一液体中所需的功(w)等于液体表面积增大值△A乘以表面张力γ：

(式一)

由式一可看出，乳化剂降低表面张力可使机械功明显减小，反之机械能和物理化学能也都可以起乳化剂做功的作用。在实际制备乳状液中，常常把两者结合起来。例如，对固体进行乳化，首先通入热能使之熔化为液体，然后加入乳化剂进行乳化。单纯以机械能制备乳状液，得到的分散体系很不稳定。乳状液破坏时，分散相粒子很快地聚集，最终导致两相分离。影响乳状液稳定的因素有：①内相的分散程度；②界面膜的强度；③外相的黏度；④相对体积比；⑤两相的密度。

为了使乳状液长时间地保持稳定，需要在其中加入助剂以抑制两相分离，使它在热力学上稳定。例如，使用稳定剂提高乳状液的黏度和界面膜的强度，可使以机械方法制得的乳状液保持稳定。

烃类胶体具有与乳化相粒子相互作用的能力，故能以络合的方式加成到被保护的粒子上，使被保护粒子的电荷和溶剂化物膜增强，体系的稳定性得到增高。乳化剂是通过降低界面张力和形成单分子界面膜使乳状液稳定的。

在乳化作用中对乳化剂的要求是：①乳化剂必须能吸附或富集在两相的界面上，使界面张力降低；②乳化剂必须赋予粒子以电荷，使粒子间产生静电排斥力，或在粒子周围形成一层稳定的、黏度特别高的保护膜。所以，用作乳化剂的物质必须具有两亲基团才能起乳化作用，表面活性剂就能满足这种要求。

二、乳状液的鉴别

如上所述，乳状液分为水包油型和油包水型两类，根据油、水性质的不同可对乳状液进行鉴别，方法有如下五种。

1．染色法．

苏丹Ⅲ为油溶性染料，在乳状液中加入少量此种染料，如乳状液整体呈红色则为W-0型乳状液；如染料保持原状，经搅拌后仅液珠带色则为0—W型乳状液。若在乳状液中加入少量甲基橙，乳状液整体呈红色则为0—W型乳状液；染料保持原状，经搅拌后仅液珠带色则为W—O型乳状液。为提高鉴别的可靠性，往往同时以油溶性染料和水溶性染料先后进行试验。

2．稀释法

0—W型乳状液能与水混溶，0—W型乳状液能与油混溶，利用这种性质可判断乳状液类型。例如，将乳状液滴于水中，如液滴在水中扩散开来则为0—W型的乳状液，如浮于水面则为0—W 型乳状液。还可以沿盛有乳状液容器壁滴入油或水，如液滴扩散开来则分散介质与所滴的液体相同，如液滴不扩散则分散相与所滴的液相同。

3．电导法

水、油的电导相差很大，借此可确定乳状液的类型。0—W型乳状液较W—O型乳状液电导大数百倍，所以在乳状液中插入两电极，在回路中串联氖灯。当乳状液为0—W型时灯亮，为W—O 型时灯不亮。

4．滤纸润湿法

此法适用于重油和水的乳状液，将乳状液滴于滤纸上，若液体能快速展开，在中心留下一小滴油，则乳状液为口W型的；若乳状液不展开，则为W—O型的。此法对于在纸上能铺展的油、苯、环己烷、甲苯等所形成的乳状液不适用。

5．光折射法

利用水和油对光的折射率的不同可鉴别乳状液的类型。令光从左侧射入乳状液，乳状液粒子起透镜作用，若乳状液为0—W型的，粒子起集光作用，用显微镜观察仅能看见粒子左侧轮廓；若乳状液为W-0型的，与此相反，只能看到粒子右侧轮廓。

三、乳状液的制备和乳状液的稳定性

制备乳状液的方法有两种：一种是采用机械法使液体以微小的粒子分散于另一种液体中，工业上多采用这种方法制备乳状液；另一种是将液体以分子状态溶于另一液体中，然后使其适当地聚集而形成乳状液，例如，在激烈的搅拌下将水加于溶有油的醇中即形成乳状液。

在实验室小量制备乳状液是在烧杯中注入待分散的液体和乳化剂，在激烈地搅拌下加入另一液体。工业大规模制备乳状液，一般是采用乳化机或超声波法。超声波乳化是借助于超声波扰动和空间作用发生的。

在某些场合下不使用机械搅拌也可发生乳化，这种现象称为自发乳化。例如，将油酸或棕榈酸溶于液体石蜡，然后将其注入碱溶液上，于是在液体石蜡和碱溶液的界面上有角状物出现，将它切开实为一微小粒子。发生这种自发乳化的必要条件是，水和油的界面张力显著小于脂肪酸的表面张力。

乳状液的稳定性是指反抗粒子聚集而导致相分离的能力。乳状液在热力学上是不稳定的

体系，有较大的自由能。因此所谓乳状液的稳定性实际上是指体系达到平衡状态所需要的时间，即体系中一种液体发生分离所需要的时间。为增长体系达到平衡状态所需要的时间，应尽量降低水-油界面张力，最有效的办法是加入表面活性剂。加有表面活性剂的油较不加表面活性剂的易于以微滴分散于水，并且形成乳状液后，液体微粒再聚集也相对困难些。吸附于液体微粒与水的界面上的表面活性剂形成具有一定强度的界面膜，对液体微粒起保护作用，液体微粒在布朗运动下发生碰撞时不易聚结。表面活性剂的浓度大小对形成界面膜的强度有直接影响。浓度小，界面上吸附的表面活性剂分子数少，形成的界面膜不致密，强度小；浓度大，界面上吸附的表面活性剂分子数多，形成的界面膜致密，强度大。不同的表面活性剂(乳化剂)乳化效果不同，达到最佳乳化效果所需的量也不同。一般地说，形成界面膜的乳化剂分子，作用力越大，膜强度越高，乳