胶乳性质课件.ppt
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1、第二章第二章 胶乳的性质胶乳的性质 杜江华杜江华第1页,共96页。1、胶体的性质2、天然胶乳的组成及化学结构内容简介第2页,共96页。第一节第一节 胶体的性质胶体的性质分散度与表面能分散体系的几个稳定性的概念胶体溶液的概念及一般性质第3页,共96页。一一 分散度和表面能分散度和表面能(一)分散度(一)分散度 定义:定义:单位体积的物质所具有的表面积叫分散度,也叫做比表面。它是物质的总表面积与该物质总体积的比值。即:物质总表面积(物质总表面积(S)S S。=物质的总体积(物质的总体积(V)V 单位:单位:1第4页,共96页。分散度与粒子大小成反比关系,分散度越大,粒子愈细。粒子数愈多,表面也相应
2、增加。对球状粒子来说:设半径为r,粒子数为n.则分散度 分散度与粒子大小的关系第5页,共96页。1.定义:定义:在恒温恒压下形成新的表面所做的功为表面能。在恒温恒压下形成新的表面所做的功为表面能。F=F F:表面能(单位为:表面能(单位为J J):比例系数,也称比表面能。单位为:比例系数,也称比表面能。单位为J/mJ/m物理意义是在物理意义是在一定的温度、压力和组成下,增加体系单位表面时,体系一定的温度、压力和组成下,增加体系单位表面时,体系表面自由能的增加。表面自由能的增加。(二)表面能(二)表面能第6页,共96页。由F=知,在给定的体系中是一个常数。那么表面能(F)与表面积(A)成正比关系
3、,由于一定量的物体,粒子越小,说明粒子数越多,所形成的表面积就越大。所以A越大,意味着分散度越大,表面能就越大。根据能量最低原则,体系就越不稳定,有自动缩小表面积的趋势。表面能与分散度的关系表面能与分散度的关系 表面能与分散度成正比,与粒子大小成反比。分散度大的,说明粒子越小,形成的新表面越多,表面能就越大。第7页,共96页。二、分散体系的几个稳定性的概念二、分散体系的几个稳定性的概念 分散体系保持分散度不变的性质。(即保持分散状,不因重力作用而下沉或上浮,也不相互聚结):一种或几种物质分散在另一种物质中所组成的体系分散体系稳定性:第8页,共96页。分散体系的几个稳定性的概念分散体系的几个稳定
4、性的概念动力学稳定性:分散相保持稳定的分散状态不因重力作用而下沉或上浮的性质。动力学不稳定性:分散相因重力作用而下沉或上浮而不能保持分散状态的性质。热力学(也称聚结)稳定性:分散相保持单个状态而不相互聚结的性质。热力学不稳定性:分散相互相聚结,不能保持单个状态的性质。第9页,共96页。(一)胶体溶液的概念:物质粒子在1-100nm范围内,分散在介质中而形成的多相且具有一定稳定性的体系。称胶体溶液,简称溶胶。三个特征:高分散度 多相 具有一定的稳定性胶体溶液的概念及一般性质胶体溶液的概念及一般性质第10页,共96页。(二)性质 丁道尔现象 产生的原因:胶体粒子的大小小于入射光的波长,产生了光散射
5、现象的结果.第11页,共96页。溶液与胶体的丁达尔效应的比较第12页,共96页。电泳现象:在外加电场的作用下,分散相定向移动的现象。电学性质 天然胶乳的橡胶粒子在外加电场的作用下,可看到胶粒均移向阳极,说明橡胶粒子带阴电荷。电学性质对溶胶性质的影响:溶胶的电学性质表明胶粒是带电的,虽然粒子小,表面能大。由于同电相斥的作用,提高了溶胶的热力学稳定性。使溶胶具有一定的稳定性。第13页,共96页。动力学性质 布朗运动:在显微镜观察到,胶体粒子是连续的不规则运动,这种胶体所特有的运动称为布朗运动。产生的原因:其本质还是分子的热运动,是由于分散体系中分散相粒子受周围介质分子不断碰撞的结果。粒子在撞击的过
6、程中,有些时候合力不等于零,就作永不停息的运动。第14页,共96页。B.有降低溶胶的热力学稳定性趋势。因为强烈的布朗运动使胶粒相互碰撞的次数增多而不易于聚结,因此有降低热力学稳定性趋势。但也不是碰撞就会聚结,而是有一定条件,即当布朗运动所具有的动能大于胶粒间相互排斥的势能时,胶粒便会相互聚结。布朗运动对胶体性质的影响A.提高了动力学稳定性。第15页,共96页。第二节第二节 天然胶乳的胶体特性天然胶乳的胶体特性 天然胶乳是组分复杂的橡胶天然胶乳是组分复杂的橡胶水基型分散体系,是疏液胶体吸附亲液水基型分散体系,是疏液胶体吸附亲液胶体后形成的一种特殊的胶体体系。胶体后形成的一种特殊的胶体体系。亲液胶
7、体主要是蛋白质、类脂物等亲液胶体主要是蛋白质、类脂物等 固含量为3040,橡胶粒径平均为1.06微米。新鲜的天然乳胶含橡胶成分2741.3(质量)、水4470、蛋白质0.24.5、天然树脂25、糖类0.364.2、灰分0.4。第16页,共96页。分散介质分散介质:分散介质为乳清。大部分是水,还含有蛋白 质、脂肪酸、无机盐、糖类等乳清:乳清:胶乳中,除橡胶粒子以外的其它物质的总称,其中含有蛋白质、脂肪酸、无机盐、糖类等B B乳清:乳清:由离心后底层部分冻干后得到的乳清属黄色体水溶液C乳清:经过高速离心机所得到的清亮的乳清。天然胶乳分散相和分散介质都不是均一的物质。(多相性)天然胶乳分散相和分散介
8、质都不是均一的物质。(多相性)第17页,共96页。橡胶粒子:表面吸附蛋白质、类脂物等。非橡胶粒子:包含FW粒子(脂肪、类脂物组成)、黄色体(蛋白质、类脂物组成)、纤维状粒子(蛋白质组成)分散相:橡胶粒子和非橡胶粒子。离心机离心离心机离心第18页,共96页。天然胶乳和疏液胶体性质的比较天然胶乳和疏液胶体性质的比较项目 疏液 胶体 天然胶乳 粒子 晶核、小液滴、无定形碎 高分子物形成的胶团 作用力作用力 离子键、共价键、分子力 范德华引力与介质亲和性与介质亲和性 没有亲和性 吸附蛋白质后有亲和性相界面 多相、有界面 多相、有界面自由能自由能 高 高 稳定性稳定性 热力学不稳定性 热力学不稳定性热力
9、学电位热力学电位 不随溶胶的PH变化 随溶胶的PH变化 水化膜水化膜 较薄 较厚粘度粘度 小 大(有结构粘度)浓度浓度 小 大凝胶含水量凝胶含水量 极少 多成膜性质成膜性质 无成膜性 具有良好的成膜性 第19页,共96页。1.结构分为三层:(内层)溶胶层:能溶乙醚苯,由聚合度小、球状橡胶烃分子聚集而成;(中间层)凝胶层:不溶乙醚,由聚合度大、支链、网状橡胶烃分子聚集而成;(外层)保护层:保持胶粒稳定,由蛋白质和类脂物构成。磷脂:不同品系的胶乳磷脂,几乎一样,不溶于丙酮;类脂物中性脂:溶于丙酮,有甘油三酸脂、淄醇脂,不同品系的胶乳中性脂几乎不同,所以其稳定性有异。第20页,共96页。胶乳加氨后橡
10、胶胶粒保护层的变化胶乳加氨后橡胶胶粒保护层的变化1)蛋白质的水解 (加氨后)蛋白质 缓慢水解 氨基酸(非表面活性物质)全部进入乳清胶粒保护层被破坏降低胶粒稳定性。氨是碱性物质,蛋白质在酸、碱条件下都会发生水解作用。另外蛋白质也会发生变性作用。从而失去保护胶粒的作用,降低胶乳的稳定性。第21页,共96页。2)类脂物的水解类脂物 很快水解 高级脂肪酸 NH3 生成高级脂肪酸铵皂(表面活性物质)。此铵皂大部分吸附于胶粒表面,增加胶粒表面的阴电荷和水化膜,加强胶粒保护膜,从而提高其稳定性。小部分进入乳清。第22页,共96页。橡胶粒子的大小、数量、结构对胶乳性质的影响 1.对胶乳性质的影响胶粒大、胶乳较
11、稳定.胶粒小、胶乳不稳定.(1)橡胶粒子大小原因:橡胶粒子大,表面能小,稳定性上升;橡胶粒子大,表面结构较完整,保护能力就强,稳定性高;橡胶粒子大,布朗运动相对弱些,胶粒碰撞相对小,稳定 性高。第23页,共96页。结论:粒子大,数量少,结构完整,胶乳较稳定结论:粒子大,数量少,结构完整,胶乳较稳定(2 2)橡胶粒子数量 多:橡胶粒子数量多,其浓度高,稳定性差 少:橡胶粒子数量少,其浓度低,橡胶粒子间距离宽,互相碰撞的机会少,稳定性高。3)橡胶粒子结构 结构完整:有保护层保护,稳定性高,第24页,共96页。橡胶粒子的大小、数量、结构对制胶工艺的影响1)对生产生胶的影响 大小:橡胶粒子大,凝固好,
12、粒子小容易产生局部凝固。因胶粒大,胶乳粘度低,酸水容易分散均匀,则凝固好。胶粒小,胶乳粘度高,酸水不易分散均匀,则加酸产生局部凝固。第25页,共96页。数量:数量小的凝固操作困难,数量多,凝固操作易,但过多,凝固操作也困难.因数量过多,浓度过大,粘度过高,酸水不易分散均匀。结构:结构完态,凝固操作易,反之,则难。结论:胶粒小,数量少,结构不完整,凝固操作难。结论:胶粒小,数量少,结构不完整,凝固操作难。反之,凝固操作易反之,凝固操作易第26页,共96页。2)2)对离心分离浓乳的影响对离心分离浓乳的影响 粒子大小:粒子大,分离效率高;粒子小,分离效率低。因:a胶粒大,胶粒较稳定,不易在离心机的分
13、离室中凝固,分离效率高b.胶粒大,粘度低,胶粒与乳清分离较易,分离效率高;c.胶粒大,相对密度较小,乳清与胶粒的密度差较大,分离效率高第27页,共96页。数量:数量小,分离效率低。数量多,分离效率高。过多分离效率反而降低,因粘度过高。在一定程度上表示胶乳的浓度即干胶含量。数量小,干胶含量低,分离效率低,导致经济上不合算。数量多,浓度高,分离效率高。干胶制成率也高。结构:结构完整即有保护层保护,有利于离心分离,分离效率高。结构不完整,分离效率低.因胶粒易在离心机中凝聚,停机清洗的次数也多。结论:数量多,粒子大,结构完整,分离效率高,所得结论:数量多,粒子大,结构完整,分离效率高,所得浓缩胶乳纯度
14、较高,乳清离子强度较低,胶乳较稳定。浓缩胶乳纯度较高,乳清离子强度较低,胶乳较稳定。第28页,共96页。四)非橡胶粒子四)非橡胶粒子(一)(一)FW粒子(弗莱粒子(弗莱威斯林粒子)威斯林粒子)(二)含纤维状粒子(二)含纤维状粒子(三)(三)黄色体黄色体离心机离心离心机离心第29页,共96页。(一)FW粒子(弗莱威斯林粒子)FW粒子比重比橡胶粒子略大,主要由脂肪和其它类脂物组成。颜色为黄色,橙色或棕色,其带颜色由脂溶性类胡萝卜素而来。类胡萝卜素主要是-胡萝卜素,其易发生氧化,氧化后变成褐色,灰色以致黑色。所以在制胶过程中要防止凝快氧化变色。防此氧化变色措施:1).喷洒药品如亚硫酸钠、焦亚硫酸钠和
15、亚硫酸氢钠等,把这些物质喷入凝块上。2).凝块泡水。第30页,共96页。(二)纤维状粒子 取自幼树乳管的胶乳,往往含有双层薄膜包围的直径为1-3um的特殊球粒。第31页,共96页。(三)黄色体 1.黄色体的性质 稳定性低1).胶乳加氨时,大部分黄色体分解,粘度降低。2).胶乳加水时,大部分黄色体膨胀而凝聚,粘度增高(乳清离子浓度降低,粘性体吸收水分而膨胀)。3).胶乳加入0.1mol/L NaCL时,黄色体几乎没有变化(保持渗透平衡)。第32页,共96页。2 黄色体对胶乳性质的影响 胶乳中的黄色体通常在割胶后很快就变坏,首先变化的是黄色体的内含物,因粘附在薄膜的壁上而停止作布朗运动,之后薄膜破
16、裂,流体流入乳清中,其流出物中含有酸、无机盐、等电点高的蛋白质、糖和酶等。这些物质都会降低胶乳的稳定性。黄色体含量高,胶乳稳定性低。因为:A.黄色体本身稳定性低,会相互聚结,就把一些胶粒带进来。B.黄色体破裂后,流出物中的酸会降低胶乳的pH值,因黄色体pH为5.5,薄膜破裂后,其低pH值进入胶乳中,从而降低稳定性。第33页,共96页。C.黄色体破裂后,流出物中的无机盐如钙离子,镁离子会压缩双电层,使胶粒脱水,从而降低稳定性D.黄色体破裂因含等电点高的蛋白质在胶乳中带阳电荷,而橡胶粒子带阴电荷,这样阴阳中和,稳定性降低E.黄色体薄膜破裂后,残渣包围胶粒,引起胶乳凝固,稳定性降低。第34页,共96
17、页。2 对制胶的影响1)对生产生胶的影响:黄色体含量高,胶乳的稳定性差从 而粘度大,酸水不易分离均匀,凝固操作困难。措施:a.分级凝固:先把稳定性低的黄色体凝固过滤,再凝固b.加漂白剂(二甲苯基硫醇、亚硫酸氢钠)第35页,共96页。2)对离心分离浓乳的影响黄色体含量高的胶乳,离心分离效率低。因:A.黄色体高,稳定性低,易在离心机分离室中凝聚,易发生堵机,分离效率低 B.黄色体高,粘度高,橡胶粒子与乳清分离困难,分离效率低 C.黄色体高,黄色体胶膜可溶于氨,生成磷酸镁铵含量高,易堵机,分离效率降低。D.黄色体高,浓乳不洁白,纯度低,MST低若能把黄色体分出后,再生产浓缩胶乳,则生产效率,产品质量
18、也会提高方法:加氨使黄色体溶解 第36页,共96页。5)胶乳的稳定性)胶乳的稳定性1 橡胶粒子的吸附作用2 橡胶粒子带电的原因3 双电层与电动电位4 橡胶粒子表面的水化膜5 决定天然胶乳稳定性的主要因素6 影响天然胶乳稳定性因素第37页,共96页。(一)橡胶粒子的吸附作用(一)橡胶粒子的吸附作用1.吸附条件吸附条件 一种物质的原子或分子附着在另一种物质的表面上的现象称为吸附。固体表面分子和液体表面分子一样,也处于力场的不平衡状态。也具有表面能,因此固体表面就产生了剩余的吸引力。由于这些未平衡的吸引力存在,固体粒子表面就可以从与它接触的气体或液体中吸附其它物质。(分子或离子)第38页,共96页。
19、由于物质具有选择吸附与之组成有关的物质,即相似相吸.所以说,胶乳中的蛋白质,类脂物是高度分散的分子状态存于乳清中,属有机高聚物。而橡胶烃是许多异戊二烯单体聚合而成的有机高聚物,这就为吸附与被吸附创造了条件。另外,胶乳是一种分散度很高的多相体系,橡胶粒子具有巨大的表面积。因此橡胶粒子与乳清的界面上能发生显著的吸附作用。课堂思考:试分析天然胶乳的吸附?第39页,共96页。(1)胶体粒子带电的原因 溶胶粒子带电的原因有三方面,即选择性吸附、表面分子电离和同晶置换。选择性吸附:溶胶粒子与介质之间存在巨大的界面,能有选择的把溶液中的离子吸附到界面上来,如果吸附的正离子,溶胶粒子带正电,吸附的是负离子,则
20、溶胶粒子带负电。表面分子电离:胶体粒子的表面分子在一定条件下能电离出离子而使胶体粒子带电。如天然胶乳的橡胶粒子带电是属于这个原因。(二)橡胶粒子带电的原因第40页,共96页。橡胶粒子的表面吸附有蛋白质,而蛋白质是由许多氨基酸以肽键的形成结合的高聚物,对于一条长肽链来说,含有一个游离的羧基末端和有个游离的氨基末端,在肽链的侧面,还有许多可离子化的基团。有些可接受质子H+,有些解离H出质子+。所有这些基团在胶乳中都会受到pH值的影响,而使蛋白质呈现不同的解离状态。第41页,共96页。在碱性条件下,蛋白质作酸式解离,而使胶粒带阴电荷。橡胶粒子表面电荷的多少和性质是随胶乳PH值的变化而变化。在酸性条件
21、下,蛋白质(用P来表示)作碱式解离,而使胶粒带阳电荷。课堂思考:试分析天然胶乳胶粒带电的原因第42页,共96页。在通常情况下橡胶粒子带阴电荷,主要是由于胶乳中的蛋白质等电点一般在4-5左右,而新鲜胶乳的pH值在7左右,用氨保存的胶乳,其pH值在9以上,所以这两种胶乳中的蛋白质都处于碱性介质中,蛋白质的氨基解离受到抑制,羧基得到充分解离,而产生较多的阴电荷,所以一般的天然胶乳橡胶粒子表面带有负电荷,即阴电荷。当然,胶乳中的类脂物在加氨后发生水解,其水解后生成的高级脂肪酸铵皂,吸附在胶粒表面使胶粒也带阴电荷。天然胶乳橡胶粒子表面带有阴电荷的原因?第43页,共96页。1.双电层双电层 电位离子与反离
22、子电位离子:使胶粒带电的离子。反离子:与电位离子符号(电性)相反的离子。对天然胶乳来说,负离子是电位离子,正离子是反离子(三)双电层与电动电位 双电层:吸附层与扩散层,两层电量相等,电性相反,构成了橡胶粒子的双电层。吸附层:靠近胶粒表面,被胶粒吸附较牢固,这部分反离子连同电位离子与水化膜一起称为吸附层。扩散层:呈扩散状分布,与胶粒距离较远,吸引较疏松,反离子的分布随着离胶粒界面距离的增大而减小,直到电位离子电力线所不能及的均匀乳清相为止,此处反离子浓度为零,称扩散层。第44页,共96页。双电层结构示意图双电层结构示意图第45页,共96页。双电层结构示意图双电层结构示意图第46页,共96页。2.
23、电动电位(电动电位(电位)电位)1)定义 橡胶粒子对乳清做相对滑动时,滑动面不在胶粒表面,而在吸附层与扩散层交界的地方。因此当吸附层与扩散层错动时,就会产生电位差。这个电位称为电动电位(电动电位(电位)电位)。电动电位的大小决定于电位离子数与吸附层反离子数目之差,但不是简单的代数相减,可通过电泳测其电位。扩散层反离子数越少,吸附层反离子数目增多,电动电位下降。当扩散层被挤压到与吸附层重合时,这时电位(=0)等于零。胶粒互相聚结,胶乳凝固。胶粒开始聚结的电位为临界电位。第47页,共96页。2)电动电位的特点 电动电位最明显的特征是电解质对它的影响,当加入少量电解质时电动电位下降,即压缩双电层。压
24、缩双电层:如果在胶乳中加入电解质,则电解质解离出阴,阳离子,其中有一种离子与电位符号相反,这种离子一方面受电位离子吸引,并且价数越高,吸引力越大。另一方面与扩散层离子是同性,就互相排斥。并且价数越高,排斥力越大。就把原来扩散层的反离子挤压到吸附层中去,这就叫压缩电层。第48页,共96页。双电层与电动电位关系 在双电层中,吸附层中反离子越少,扩散层中反离子必越多,反离子会扩散得离胶粒越远,胶粒所带阴电荷也就越多,双电层越厚,电动电位越高,胶粒间斥力越大,胶乳也就越稳定。第49页,共96页。3.热力学电位 热力学电位:胶粒表面到均匀的乳清相所产生的电位差叫热力学电位。热力学电位大小决定于胶粒表面电
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