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乳化理论基础2.2
来源:欧凯米特研究中心   2009年7月21日

五、乳状液的稳定性
乳状液稳定作用的几种可能机理
(一)乳状液不稳定的方式
■    分层(creaming)与沉降(sedimentation):乳状液并未破坏,即分层并非破乳
■    絮凝(flocculation)或聚集(aggregation):适当搅动仍可再分散
■    聚结(coalescence):破乳的前过程
■    变型(inversion)
■    破乳(breaking, deemulsification)等
 
 
 
乳状液不稳定的几种方式
(a)聚结;(b)破乳;(c)絮凝或聚集;(d)分层
 
 
一种O/W型乳状液变型机理示意图
 
(二)乳状液的稳定因素
■    乳状液的稳定性:分散相液滴对聚结的抑制能力
■    分散相液滴的聚结速度:可以通过测定单位体积乳状液中液滴数目随时间的变化来实现
■    聚结速度影响因素:界面膜的物理性质,液滴间静电排斥作用,高聚物膜的空间阻碍作用,连续相的粘度,液滴大小与分布,相体积比,温度等。其中以界面膜的物理性质、电性作用和空间阻碍作用最为重要
1.界面膜的物理性质
■    界面膜必须是凝聚膜,构成界面膜的表面活性剂分子间有强烈的侧向作用力
■    界面膜还须有良好的膜弹性,以使因液滴碰撞而局部损坏时能自动修复
■    为得到凝聚性界面膜,要求表面活性剂分子在界面上能有最紧密排列
■    常应用两种或两种以上的表面活性剂混合物。例如将十二醇与十二烷基硫酸钠混合应用。
■    油溶性和水溶性表面活性剂协同应用常可使乳状液有较好的稳定性。如Span80/Tween40混合使用
 
Span80与Tween40在油-水界面上形成界面复合物的示意图
 
高分散的固体粉末作为乳化剂
■    炭黑、二氧化硅、粘土、碳酸钙、金属的碱性盐等
■    所得乳状液的类型与固体表面的亲水亲油性质有关
■    一般来说,与固体表面亲合性更大的一相构成连续相,另一相则为分散相
■    可作乳化剂的固体表面与二液相的接触角差别不可太悬殊,只是一个更大些或更小些。接触角稍大的一相构成分散相
2、电性作用
■    乳状液液滴表面可因多种原因而带有某种电荷:离子型表面活性剂的电离,某些离子在液滴表面的吸附,液滴与介质的摩擦等。
■    对于O/W型乳状液液滴的带电对防止液滴的聚集、聚结以至破乳起重要作用
■    对于W/O型乳状液,水滴带电少,且因连续介质介电常数小,双电层厚,静电作用对乳状液稳定性影响较小。
3.空间稳定作用
■    用聚合物作为乳化剂时界面层厚度大,如同在液滴周围形成厚厚的亲液性保护层,这种保护层构成了液滴靠近和接触的空间障碍。
■    聚合物分子的亲液性也使得保护层中含有相当量的连续相液体,类似于凝胶体。因而界面区域有较高的界面粘度和良好的粘弹性,这将对阻止液滴合并,保持其稳定性有利。
■    即使有的液滴发生聚结,聚合物乳化剂常以纤维状或结晶的形式聚集于变小了的界面上,使得液滴的界面膜加厚,可防止液滴的进一步聚结。
4.液滴大小的分布
■    大液滴体系比小液滴体系的界面积小,界面能低。因而具有较大的热力学稳定性。
■    当乳状液体系中大小液滴同时存在,小液滴有自动减小,大液滴有增大的趋势。若此过程不断地发展,最终将会破乳。
■    液滴大小分布均一的乳状液比平均大小相等但液滴大小分布宽的乳状液稳定性好。
■    乳状液液滴大小对稳定性的影响还表现在体系粘度的变化。有实验结果证明,当构成乳状液的相体积分数一定时乳状液液滴大小越均匀体系粘度越大,且粘度与液滴平均直径成反比。
■    体系粘度(主要是连续相粘度)的增加使液滴扩散系数减小,液滴碰撞频率和聚集速度降低,乳状液稳定性增加。
5.温度的影响
■    温度的改变可引起界面张力、界面膜的性质与粘度、乳化剂在两相中相对溶解度、液相蒸气压、分散相液滴的热搅动等的变化。这些变化对乳状液稳定性都会产生影响,甚至可能引起乳状液的变型和破乳。
■    升高温度,蒸气压增加,通过界面的分子数增多,扰动了界面,稳定性下降。提高温度是使某些乳状液分层和破乳的物理方法之一。