第七章-乳化剂与分散剂要点课件.ppt
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- 第七 乳化剂 分散剂 要点 课件
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1、第七章乳化剂与分散剂第七章乳化剂与分散剂第一节概述第一节概述基本概念:基本概念:乳化:乳化:互不相溶的两种液体,其中一相以互不相溶的两种液体,其中一相以微滴微滴状分散于另一相状分散于另一相中,这种作用称为乳化作用。中,这种作用称为乳化作用。乳化形成的溶液称为乳化形成的溶液称为乳化液乳化液;起乳化作用的表面活性剂称为;起乳化作用的表面活性剂称为乳乳化剂化剂。如棉布精练时精练液中的肥皂。如棉布精练时精练液中的肥皂。分散:分散:若一相以若一相以微粒状固体微粒状固体均匀分散于另一液相中,这种作用均匀分散于另一液相中,这种作用称为分散作用。称为分散作用。分散形成的溶液称为分散形成的溶液称为悬浮液悬浮液;
2、起分散作用的表面活性剂称为;起分散作用的表面活性剂称为分分散剂散剂。如还原染料悬浮体染色。如还原染料悬浮体染色。第二节乳化作用第二节乳化作用一、乳状液一、乳状液1、定义、定义将油、水和乳化剂放于一起,在一定温度下,通过强剪切力搅将油、水和乳化剂放于一起,在一定温度下,通过强剪切力搅拌迫使一相以微滴状分散于另一相中,此时相界面的面积增大,体拌迫使一相以微滴状分散于另一相中,此时相界面的面积增大,体系的稳定性降低,形成乳状液,这一过程称之为乳化。系的稳定性降低,形成乳状液,这一过程称之为乳化。组成:组成:油、水、乳化剂油、水、乳化剂;分布:分布: 以以液珠液珠形式存在的一相称为分散相或内相;形式存
3、在的一相称为分散相或内相; 连成一片的相称为分散介质或外相;连成一片的相称为分散介质或外相;类型:类型: 水包油型水包油型(OW),),即内相为油,外相为水;即内相为油,外相为水; 油包水型油包水型(WO),),即内相为水,外相为油;即内相为水,外相为油;2 2、乳状液的稳定性、乳状液的稳定性从热力学角度讲,乳化为非自发过程,故乳状液是一种不从热力学角度讲,乳化为非自发过程,故乳状液是一种不稳定体系。为了尽可能降低乳状液的不稳定性,可从两相间界面稳稳定体系。为了尽可能降低乳状液的不稳定性,可从两相间界面稳定上着手来提高乳状液稳定性。定上着手来提高乳状液稳定性。1 1)降低两相间的表面张力降低两
4、相间的表面张力作为乳状液,体系必然存在较大的界面,因而必定存在一定的作为乳状液,体系必然存在较大的界面,因而必定存在一定的界面能,所以,这种体系总要界面能,所以,这种体系总要力图减小界面,降低界面自由能力图减小界面,降低界面自由能,从,从而最终使乳状液发生而最终使乳状液发生破乳、分层破乳、分层。因此,选择优异的表面活性剂作。因此,选择优异的表面活性剂作乳化剂是形成乳状液的首要条件,也有利于稳定性的提高。乳化剂是形成乳状液的首要条件,也有利于稳定性的提高。如涂料印花使用的增稠剂乳化糊如涂料印花使用的增稠剂乳化糊A(A帮浆),是煤油和水组成帮浆),是煤油和水组成的,当加入的,当加入平平加平平加O后
5、,煤油水的界面张力由后,煤油水的界面张力由 40N,降至,降至1N;乳化体系界面的能量降低,体系稳定性提高。;乳化体系界面的能量降低,体系稳定性提高。2 2)提高界面电荷)提高界面电荷 通常情况下,通常情况下,O OW W 型乳状液中,液珠多半呈电负性;而型乳状液中,液珠多半呈电负性;而 W WO O中液珠呈正电荷。受各种因素的影响,乳状液的界面都会形成双电中液珠呈正电荷。受各种因素的影响,乳状液的界面都会形成双电层,如图层,如图 7-1 7-1 所示。所示。图图 7-1 O7-1 OW W 型乳液界面双电层示意图型乳液界面双电层示意图扩散双电层的作用及影响:扩散双电层的作用及影响: 由于由于
6、电荷的排斥电荷的排斥作用,使之阻止或减弱了液珠的碰撞,从而作用,使之阻止或减弱了液珠的碰撞,从而减少了液珠分子的减少了液珠分子的聚结聚结,有利于乳液稳定性提高;,有利于乳液稳定性提高; 当液珠碰撞时,首先接触双电层,而真正的液珠分子间的碰当液珠碰撞时,首先接触双电层,而真正的液珠分子间的碰撞几率大大降低,或者说乳状液的界面膜增厚,乳液稳定性提高;撞几率大大降低,或者说乳状液的界面膜增厚,乳液稳定性提高; 当在乳状液中当在乳状液中加入电解质时,双电层将变薄加入电解质时,双电层将变薄,会引起乳状液,会引起乳状液的稳定性降低;的稳定性降低; 使用使用离子型离子型表面活性剂作乳化剂时,由于有较强的扩散
7、双电表面活性剂作乳化剂时,由于有较强的扩散双电层存在,会使乳液稳定性得以提高。层存在,会使乳液稳定性得以提高。3)提高界面膜的物理性质)提高界面膜的物理性质 提高表面活性剂的浓度,有利分子的定向排列,界面膜强度提高表面活性剂的浓度,有利分子的定向排列,界面膜强度提高,乳液稳定性提高;提高,乳液稳定性提高; 图图 7-2 表面活性剂形成界面膜示意图表面活性剂形成界面膜示意图 选择疏水链较长、支化度小、亲水基在一端的表面活性剂,选择疏水链较长、支化度小、亲水基在一端的表面活性剂,由于其易形成胶束,且界面膜的强度高,故适合作乳化剂。由于其易形成胶束,且界面膜的强度高,故适合作乳化剂。 使用混合表面活
8、性剂或添加其它物质,发挥其协同效应,提使用混合表面活性剂或添加其它物质,发挥其协同效应,提高乳液的稳定性;高乳液的稳定性;图图 73 油水界面生成的复合膜示意图油水界面生成的复合膜示意图关键要素:一为水溶性,另一为含有与水形成氢键的有机物;关键要素:一为水溶性,另一为含有与水形成氢键的有机物;4)提高乳状液分散介质的粘度)提高乳状液分散介质的粘度根据斯托克斯的沉降速度公式:根据斯托克斯的沉降速度公式: 由上式可知:由上式可知:外相粘度赿大,液珠的运动速度赿慢,液珠的外相粘度赿大,液珠的运动速度赿慢,液珠的运动速度进赿间的碰撞机率减小,有利于乳液的稳定。运动速度进赿间的碰撞机率减小,有利于乳液的
9、稳定。 使用固体粉末作乳化剂使用固体粉末作乳化剂只有固体粉末既能被水润湿,又能被油润湿时,会停留在只有固体粉末既能被水润湿,又能被油润湿时,会停留在界面上,才能起到乳化剂的作用。如如炭黑、碳酸钙、石英、粘土、界面上,才能起到乳化剂的作用。如如炭黑、碳酸钙、石英、粘土、金属的碱式硫酸盐、金属氧化物(以及水合氧化物)以及硫化物等。金属的碱式硫酸盐、金属氧化物(以及水合氧化物)以及硫化物等。图图 7 74 4 固体粉末的润湿性与乳状液类型示意图固体粉末的润湿性与乳状液类型示意图根据根据YoungYoung公式可得:公式可得:式中:固油式中:固油 间的界面张力;间的界面张力;固水固水 间的界面张力;间
10、的界面张力;油水油水 间的界面张力;间的界面张力; 在水相方向的接触角;在水相方向的接触角;形成乳状液时,润湿固体较多的液体构成外相。形成乳状液时,润湿固体较多的液体构成外相。二、乳状液类型的鉴别和影响因素二、乳状液类型的鉴别和影响因素1 1、乳状液类型的鉴别、乳状液类型的鉴别电导法电导法:电导性好的为:电导性好的为:O OW W 型型 染色法染色法:将油溶性染料加入乳状液中予以混:将油溶性染料加入乳状液中予以混鉴别方法合,若整体带色则为鉴别方法合,若整体带色则为 W WO O 型型 稀释法稀释法:根据与液体相混溶性来判断;:根据与液体相混溶性来判断;滤纸润湿法滤纸润湿法:能快速展开的为:能快
11、速展开的为 O OW W 型型 2、影响乳状液类型的因素、影响乳状液类型的因素1)乳化剂的亲水性)乳化剂的亲水性(HLB值)值)易溶于水的乳化剂易生成易溶于水的乳化剂易生成 OW 型乳状液,反之相反;型乳状液,反之相反;2)相体积)相体积当水相体积当水相体积26%时,只能形成时,只能形成 W O 型型 乳液;乳液;当水相体积当水相体积 74%时,只能形成时,只能形成 OW 型乳液;型乳液;当水相体积介于二者之间时,二者均有可能形成;当水相体积介于二者之间时,二者均有可能形成;3)乳化剂分子构型)乳化剂分子构型钾、钠等一价金属脂肪盐乳化剂,易生成钾、钠等一价金属脂肪盐乳化剂,易生成O W 型乳液
12、;型乳液;钙、镁等二价金属脂肪盐乳化剂,易生成钙、镁等二价金属脂肪盐乳化剂,易生成W O 型乳液;型乳液;4)乳化器材料性质)乳化器材料性质亲水性强的器壁易得到亲水性强的器壁易得到O W 型乳液;反之相反。型乳液;反之相反。表表 71器壁性质对乳状液类型的影响器壁性质对乳状液类型的影响注:塑料为聚四氟乙烯;注:塑料为聚四氟乙烯;第三节乳化剂第三节乳化剂一、乳化剂类型一、乳化剂类型表面活性剂型表面活性剂型高分子型高分子型乳化剂分类乳化剂分类天然产物型天然产物型固体粉末型固体粉末型1、合成表面活性剂类、合成表面活性剂类1)阴离子型乳化剂)阴离子型乳化剂一般制作一般制作OW型乳状液,型乳状液,HLB
13、值在值在818之间之间,亲水性强。,亲水性强。羧酸盐羧酸盐如三乙醇胺的脂肪酸盐、肥皂等如三乙醇胺的脂肪酸盐、肥皂等硫酸盐硫酸盐如聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐如聚氧乙烯烷基酚醚硫酸盐脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐等脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐等阴离子型阴离子型磺酸盐磺酸盐如烷基、烷基苯、烷基萘类,如烷基、烷基苯、烷基萘类,聚氧乙烯烷氧基醚类等聚氧乙烯烷氧基醚类等磷酸酯类磷酸酯类如烷基、烷基聚氧乙烯醚类,如烷基、烷基聚氧乙烯醚类,脂肪酸聚氧乙烯醚类等脂肪酸聚氧乙烯醚类等亚磷酸酯类亚磷酸酯类如烷基聚氧乙烯醚类单、双酯如烷基聚氧乙烯醚类单、双酯2)非离子型乳化剂)非离子型乳化剂 非离子乳化剂根据其亲水、亲油性,可作非离子
14、乳化剂根据其亲水、亲油性,可作OW型和型和WO型型乳状液的乳化剂,主要类型有醚型和酯型二类。乳状液的乳化剂,主要类型有醚型和酯型二类。聚氧乙烯烷基酚醚类聚氧乙烯烷基酚醚类聚氧乙烯脂肪醇醚类聚氧乙烯脂肪醇醚类(1)醚型)醚型聚氧乙烯聚氧丙烯烷基酚醚类聚氧乙烯聚氧丙烯烷基酚醚类脂肪酰胺的环氧乙烷加成物脂肪酰胺的环氧乙烷加成物聚氧乙烯烷基胺醚类聚氧乙烯烷基胺醚类(2)酯型)酯型脂肪酸环氧乙烷加成物,作脂肪酸环氧乙烷加成物,作WO乳化剂乳化剂单酯:单酯:双酯:双酯:山梨糖醇酐脂肪酸类山梨糖醇酐脂肪酸类Span系列(司派):山梨糖醇酐脂肪酸酯,系列(司派):山梨糖醇酐脂肪酸酯, WO型;型; Tween
15、系列(吐温):山梨糖醇酐脂肪酸聚氧乙烯,系列(吐温):山梨糖醇酐脂肪酸聚氧乙烯, WO型;型;聚氧乙烯甘油醚脂肪酸单(双)酯聚氧乙烯甘油醚脂肪酸单(双)酯3)阳离子型乳化剂)阳离子型乳化剂C12C22单烷基胺类单烷基胺类酰胺类酰胺类咪唑啉类咪唑啉类分类分类季铵盐类季铵盐类环氧乙烷双胺类环氧乙烷双胺类胺化木质素胺化木质素2、高分子乳化剂、高分子乳化剂高分子乳化剂虽然无法显著降低溶液的界面张力,但是能在液高分子乳化剂虽然无法显著降低溶液的界面张力,但是能在液珠的界面上形成强度较高的界面膜,而且还能提高液相的粘度,因珠的界面上形成强度较高的界面膜,而且还能提高液相的粘度,因此也是性能优良的乳化剂。此
16、也是性能优良的乳化剂。1)天然高分子)天然高分子(1)魔芋胶)魔芋胶主要成分魔芋甘露糖,主要成分魔芋甘露糖,M104 ;(2)瓜尔胶)瓜尔胶是从种子瓜尔素中提取得到,为非离子型、带支链的多糖半是从种子瓜尔素中提取得到,为非离子型、带支链的多糖半乳甘露糖,乳甘露糖, M2105 ;(3)羧甲基纤维素钠盐)羧甲基纤维素钠盐由棉短纤维经碱化,再与氯乙烯、醋酸乙烯等酸醚化后生成,由棉短纤维经碱化,再与氯乙烯、醋酸乙烯等酸醚化后生成,M5104;主要是提高;主要是提高OW型乳液的水相粘度,乳液稳定性提高。型乳液的水相粘度,乳液稳定性提高。2)合成高分子表面活性剂)合成高分子表面活性剂(1)聚氧乙烯苯乙烯
17、基苯基醚)聚氧乙烯苯乙烯基苯基醚(2)聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物)聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物3、天然产物乳化剂、天然产物乳化剂 OW型:型:磷酯、皂素、明胶、果胶酸盐、酪系等;磷酯、皂素、明胶、果胶酸盐、酪系等;W O型:型:羊毛酯、胆甾醇等;羊毛酯、胆甾醇等;4、固体粉末型、固体粉末型 OW 型:如蒙脱土、二氧化硅等型:如蒙脱土、二氧化硅等 W O 型:如石墨、炭黑等型:如石墨、炭黑等二、乳化剂的选择二、乳化剂的选择1、HLB方法方法1)油水体系最佳)油水体系最佳HLB值的确定值的确定首先选择一对首先选择一对HLB值相差较大的乳化剂,如值相差较大的乳化剂,如 Span60 ( HLB=4.3
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