1、2022-6-15表面活性剂应用导论表面活性剂应用导论第三章第三章 轻化工程专业轻化工程专业第第3 3章章 表面活性剂的功能与应用表面活性剂的功能与应用 3.1 3.1 表面活性剂的增溶作用表面活性剂的增溶作用 3.2 3.2 表面活性剂的乳化与破乳作用表面活性剂的乳化与破乳作用 3.3 3.3 表面活性剂的润湿功能表面活性剂的润湿功能 3.4 3.4 表面活性剂的起泡和消泡作用表面活性剂的起泡和消泡作用 3.5 3.5 表面活性剂的洗涤和去污作用表面活性剂的洗涤和去污作用 3.6 3.6 表面活性剂的分散和絮凝作用表面活性剂的分散和絮凝作用 3.7 3.7 表面活性剂的其他功能表面活性剂的其
2、他功能3.1.1 3.1.1 增溶作用的定义和特点增溶作用的定义和特点 室温下，苯在水中的溶室温下，苯在水中的溶解度很小，每解度很小，每100g100g水只能溶水只能溶解解0.07g0.07g苯，但在苯，但在10%10%的油酸的油酸钠水溶液中，苯的溶解度达钠水溶液中，苯的溶解度达到到 7g/100g7g/100g，增加了，增加了100100倍，倍，这是通过油酸钠胶束的增溶这是通过油酸钠胶束的增溶作用实现的。作用实现的。增溶作用增溶作用 是指由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶剂是指由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶剂中难溶乃至不溶物质的溶解度显著增加的作用。中难溶乃至不溶物质的溶解度显著增加的作
3、用。 增溶作用的基础是胶束的形成，表面活性剂浓度增溶作用的基础是胶束的形成，表面活性剂浓度越大，越大，形成的胶束越多，形成的胶束越多，难溶物或不溶物溶解的难溶物或不溶物溶解的越多，越多，增容量越大。增容量越大。 增溶作用增溶作用可使被增溶物的化学势降低，可使被增溶物的化学势降低，使体系更使体系更加稳定加稳定，是自发进行的过程。增溶后没有相界面，是自发进行的过程。增溶后没有相界面存在，属于热力学稳定体系，与乳化作用不同。存在，属于热力学稳定体系，与乳化作用不同。 与普通的溶解过程不同，与普通的溶解过程不同，增溶后增溶后溶液的沸点、凝溶液的沸点、凝固点、渗透压等没有明显变化，说明固点、渗透压等没有
4、明显变化，说明溶质溶质并非以并非以分子或离子形式存在，而分子或离子形式存在，而是以团簇分散在表面活是以团簇分散在表面活性剂的溶液中。性剂的溶液中。 由于由于表面活性剂的用量很少，没有改变溶剂的性表面活性剂的用量很少，没有改变溶剂的性质质，因此增溶作用与使用混合溶剂提高溶解度不，因此增溶作用与使用混合溶剂提高溶解度不同。同。3.1.1 3.1.1 增溶作用的定义和特点增溶作用的定义和特点3.1.2 3.1.2 增溶作用的方式增溶作用的方式（1 1）非极性分子在胶束内核的增溶）非极性分子在胶束内核的增溶 不易极化的非极性有机物，通常被增溶于胶束内核不易极化的非极性有机物，通常被增溶于胶束内核中，就
5、像溶于非极性碳氢化合物溶液中一样。如：饱和中，就像溶于非极性碳氢化合物溶液中一样。如：饱和脂肪烃、环烷烃以及苯等。脂肪烃、环烷烃以及苯等。 紫外光谱或核磁共振谱分析表明，被增溶的物质完紫外光谱或核磁共振谱分析表明，被增溶的物质完全处于一个非极性环境中，全处于一个非极性环境中，X X 射线衍射分析发现射线衍射分析发现增溶后增溶后胶束体积变大。胶束体积变大。 3.1.2 3.1.2 增溶作用的方式增溶作用的方式（2 2）在表面活性剂分子间的增溶）在表面活性剂分子间的增溶 对于分子结构与表面活性剂相似的极性有机化合对于分子结构与表面活性剂相似的极性有机化合物，则是增溶于胶束的物，则是增溶于胶束的“栅
6、栏栅栏”之间。被增溶物的非之间。被增溶物的非极性碳氢键插入胶束内部，其极性头插入表面活性剂极性碳氢键插入胶束内部，其极性头插入表面活性剂极性基之间，通过氢键或偶极子相互作用联系起来。极性基之间，通过氢键或偶极子相互作用联系起来。这种方式增溶后胶束并不变大。如：长链的醇、胺、这种方式增溶后胶束并不变大。如：长链的醇、胺、脂肪酸和极性染料等两亲分子。脂肪酸和极性染料等两亲分子。3.1.2 3.1.2 增溶作用的方式增溶作用的方式（3 3）在胶束表面的吸附增溶）在胶束表面的吸附增溶 对于既不溶于水、也不溶于油的小分子极性有机对于既不溶于水、也不溶于油的小分子极性有机化合物，在胶束表面的增溶是通过被吸
7、附于胶束表面化合物，在胶束表面的增溶是通过被吸附于胶束表面区域或是靠近胶束表面分子区域或是靠近胶束表面分子“栅栏栅栏”的区域完成的。的区域完成的。光谱研究表明它们处于完全或接近完全极性的环境中。光谱研究表明它们处于完全或接近完全极性的环境中。如：苯二甲酸二甲酯等，一些高分子物质、甘油、蔗如：苯二甲酸二甲酯等，一些高分子物质、甘油、蔗糖以及某些染料也采取此种增溶方式。糖以及某些染料也采取此种增溶方式。3.1.2 3.1.2 增溶作用的方式增溶作用的方式（4 4）聚氧乙烯链间的增溶）聚氧乙烯链间的增溶 以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表面活性剂，以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表面活性剂，通常将被增溶
8、物包藏在胶束外层的聚氧乙烯链中。以通常将被增溶物包藏在胶束外层的聚氧乙烯链中。以这种方式被增溶的物质主要是较易极化的碳氢化合物，这种方式被增溶的物质主要是较易极化的碳氢化合物，如苯、乙苯、苯酚等短链芳香烃类化合物如苯、乙苯、苯酚等短链芳香烃类化合物 3.1.2 3.1.2 增溶作用的方式增溶作用的方式 在表面活性剂溶液中，上述四种形式的胶束增溶作用在表面活性剂溶液中，上述四种形式的胶束增溶作用对对被增溶物的增溶量被增溶物的增溶量是不相同的，是不相同的，按下列顺序递减按下列顺序递减： （4 4）聚氧乙烯链间的增溶）聚氧乙烯链间的增溶 递递 （2 2）在表面活性剂分子间的增溶）在表面活性剂分子间的
9、增溶 减减 （1 1）非极性分子在胶束内核的增溶）非极性分子在胶束内核的增溶 （3 3）在胶束表面的吸附增溶）在胶束表面的吸附增溶3.1.2 3.1.2 增溶作用的方式增溶作用的方式 表面活性剂增溶量的测定表面活性剂增溶量的测定 增溶量的测定方法与溶解度的测定方法相同：向增溶量的测定方法与溶解度的测定方法相同：向100 ml100 ml已标定浓度的表面活性剂溶液中由滴定管滴加已标定浓度的表面活性剂溶液中由滴定管滴加被增溶物，当达到饱和时被增溶物析出，溶液变混浊，被增溶物，当达到饱和时被增溶物析出，溶液变混浊，此时已滴入溶液中的被增溶物的物质的量（此时已滴入溶液中的被增溶物的物质的量（molmo
10、l）即）即为增溶量。为增溶量。 增溶力增溶力 增溶力表示表面活性剂对难溶或不溶物增溶的能增溶力表示表面活性剂对难溶或不溶物增溶的能力。是衡量表面活性剂的重要指标之一。力。是衡量表面活性剂的重要指标之一。 增溶量除以表面活性剂的物质的量增溶量除以表面活性剂的物质的量( mol)( mol)即得增即得增溶力。溶力。3.1.3 3.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素1.1.表面活性剂的化学结构表面活性剂的化学结构 (1) (1)具有相同亲油基的表面活性剂，对于烃类及极性有具有相同亲油基的表面活性剂，对于烃类及极性有机物的增溶作用大小顺序一般为：机物的增溶作用大小顺序一般为：非离子型
11、阳离子型阴离子型非离子型阳离子型阴离子型 这是由于非离子型表面活性剂临界胶束浓度较小，这是由于非离子型表面活性剂临界胶束浓度较小，胶束易于生成，因此胶束聚集数较大，增溶作用较强。胶束易于生成，因此胶束聚集数较大，增溶作用较强。阳离子表面活性剂的胶束比阴离子表面活性剂有较为疏阳离子表面活性剂的胶束比阴离子表面活性剂有较为疏松的结构，因此增溶作用比后者强。松的结构，因此增溶作用比后者强。3.1.3 3.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素 (2) (2)胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越大。在表面活性剂同系物中，胶束的大小随碳原子大
12、。在表面活性剂同系物中，胶束的大小随碳原子数增加而增大，因此，碳原子数越大，临界胶束浓数增加而增大，因此，碳原子数越大，临界胶束浓度越低，聚集数增加，增溶作用加强。度越低，聚集数增加，增溶作用加强。 如：乙苯在羧酸钾溶液如：乙苯在羧酸钾溶液(0.5mol/L)(0.5mol/L)中的增溶作用中的增溶作用 表面活性剂表面活性剂C9H19COOKC11H23COOKC13H27COOK增溶力增溶力0.1740.4240.856 (3) (3)亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直链的小。这是因为直链型表面活性剂临界胶束浓较直链的小。这是因为直链型表
13、面活性剂临界胶束浓度比支链型低，胶束易于形成，胶束聚集数较大。度比支链型低，胶束易于形成，胶束聚集数较大。 (4) (4)带有不饱和结构的表面活性剂，或在活性剂分子带有不饱和结构的表面活性剂，或在活性剂分子上引入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而上引入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链极性物增溶作用增加。对长链极性物增溶作用增加。3.1.3 3.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素2.2.被增溶物的化学结构被增溶物的化学结构 脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长的增加脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长的增加而减少，带支链的饱和化合物与相应的直链异构体增而减少
14、，带支链的饱和化合物与相应的直链异构体增溶量大致相同；烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基溶量大致相同；烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取代后，其被表面活性剂增溶的程度明显增加。团取代后，其被表面活性剂增溶的程度明显增加。3.1.3 3.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素3.3.温度的影响温度的影响 温度对增溶作用的影响随表面活性剂类型和被增溶物结温度对增溶作用的影响随表面活性剂类型和被增溶物结构的不同而不同。构的不同而不同。 多数情况下，温度升高，增溶作用加大。多数情况下，温度升高，增溶作用加大。 (1) (1)对于离子型表面活性剂，升高温度一般会引起分子对于离子型表面活性剂
15、，升高温度一般会引起分子热运动的加剧，使胶束中能发生增溶作用的空间加大，热运动的加剧，使胶束中能发生增溶作用的空间加大，对极性和非极性化合物的增溶程度增加；对极性和非极性化合物的增溶程度增加； (2) (2)对于含聚氧乙烯基的非离子表面活性剂，温度升高，对于含聚氧乙烯基的非离子表面活性剂，温度升高，聚氧乙烯与水分子之间的氢键遭到破坏，水化作用减小，聚氧乙烯与水分子之间的氢键遭到破坏，水化作用减小，胶束容易生成，聚集数增加。特别是温度升至接近表面胶束容易生成，聚集数增加。特别是温度升至接近表面活性剂的浊点时，胶束聚集数急剧增加，对非极性碳氢活性剂的浊点时，胶束聚集数急剧增加，对非极性碳氢化合物以
16、及氯代烷烃等的增溶作用有很大的提高。化合物以及氯代烷烃等的增溶作用有很大的提高。3.1.3 3.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素4.4.添加无机电解质的影响添加无机电解质的影响 在离子型表面活性剂中添加少量无机电解质，可在离子型表面活性剂中添加少量无机电解质，可增加烃类化合物的增溶程度，但却使极性有机物的增增加烃类化合物的增溶程度，但却使极性有机物的增溶程度减少。溶程度减少。 如：氯化钠浓度对十六烷基氯化吡啶增溶油溶性染料如：氯化钠浓度对十六烷基氯化吡啶增溶油溶性染料偶氮苯的影响。偶氮苯的影响。 3.1.3 3.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素5.5.有
17、机添加剂的影响有机添加剂的影响 向表面活性剂溶液中添加烃类等非极性化合物，向表面活性剂溶液中添加烃类等非极性化合物，会使其增溶于表面活性剂胶束内部，使胶束胀大，有会使其增溶于表面活性剂胶束内部，使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束的利于极性有机物插入胶束的“栅栏栅栏”中，即提高了极中，即提高了极性有机化合物的增溶程度；性有机化合物的增溶程度； 反之，添加极性有机化合物后，增溶于胶束的反之，添加极性有机化合物后，增溶于胶束的“栅栏栅栏”中，使非极性碳氢化合物增溶的空间变大，中，使非极性碳氢化合物增溶的空间变大，增溶量增加。增溶量增加。 增溶了一种极性有机物后，会使表面活性剂对另增溶了一种极性有机
18、物后，会使表面活性剂对另一种极性有机物的增溶程度降低。一种极性有机物的增溶程度降低。3.1.3 3.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素3.1.4 3.1.4 增溶作用的应用增溶作用的应用 表面活性剂的增溶作用主要应用以下几个方面：表面活性剂的增溶作用主要应用以下几个方面： (1) (1)乳液聚合乳液聚合 (2) (2)石油开采石油开采 (3) (3)胶片生产胶片生产 (4) (4)洗涤等洗涤等第第3 3章章 表面活性剂的功能与应用表面活性剂的功能与应用 3.1 3.1 增溶作用增溶作用 3.2 3.2 乳化与破乳作用乳化与破乳作用 3.3 3.3 润湿功能润湿功能 3.4 3
19、.4 起泡和消泡作用起泡和消泡作用 3.5 3.5 洗涤和去污作用洗涤和去污作用 3.6 3.6 分散和絮凝作用分散和絮凝作用 3.7 3.7 表面活性剂的其他功能表面活性剂的其他功能3.2 3.2 乳化与破乳作用乳化与破乳作用 乳液乳液 是指一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶是指一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的液体中构成的分散体系，乳液的液珠直径一般都大的液体中构成的分散体系，乳液的液珠直径一般都大于于0.1m(0.1m(属粗分散体属粗分散体) )，由于体系呈现乳白色而被称，由于体系呈现乳白色而被称为乳液。为乳液。 通常的乳液有一相是水或水溶液，被称为水相通常的乳液有一相
20、是水或水溶液，被称为水相( ( 若为若为O/WO/W体系，又称外相，连续相，分散介质体系，又称外相，连续相，分散介质) )；另一相是；另一相是与水不相混溶的有机相，被称为油相与水不相混溶的有机相，被称为油相( ( 内相，不连续内相，不连续相，分散相相，分散相) )。3.2 3.2 乳化与破乳作用乳化与破乳作用 微乳液微乳液(1959(1959年年SchulmanSchulman等人等人) ) 当油和水与相当大量的离子型表面活性剂及助表面活当油和水与相当大量的离子型表面活性剂及助表面活性剂性剂( (例如大小适中的醇例如大小适中的醇) )一起混合，可自发地形成透一起混合，可自发地形成透明或半透明的
21、体系，这些体系是非常小的液珠以明或半透明的体系，这些体系是非常小的液珠以0 0W W或或W WO O的形式形成的分散体，称为微乳液。的形式形成的分散体，称为微乳液。 微乳液的性质不同于通常的乳液，其液珠非常小以至微乳液的性质不同于通常的乳液，其液珠非常小以至于有很低的浊度，一般为透明或半透明的体系。于有很低的浊度，一般为透明或半透明的体系。 大量的表面活性剂和助表面活性剂的存在使油大量的表面活性剂和助表面活性剂的存在使油- -水界水界面张力降至极低，因此面张力降至极低，因此微乳液是热力学上的稳定体系。微乳液是热力学上的稳定体系。3.23.2乳化和破乳作用乳化和破乳作用1.1.乳状液乳状液(1)
22、(1)概念：概念： 两种互不混溶的液体，一种液体以微粒两种互不混溶的液体，一种液体以微粒( (液滴液滴或液晶或液晶 ) )形式分散于另一种液体中所形成的体系。形式分散于另一种液体中所形成的体系。(2)(2)组成：组成： 分散相、分散介质和表面活性剂分散相、分散介质和表面活性剂( (乳化剂乳化剂) )。液滴大小对分散体系外观的影响液滴大小对分散体系外观的影响液滴液滴大小大小大滴大滴1m0.1-1m0.05-0.1 m 0.05 m外观外观可分辨可分辨的两相的两相白色白色乳状液乳状液蓝白色乳蓝白色乳状液状液灰色灰色半透明液半透明液透明液透明液3.23.2乳化和破乳作用乳化和破乳作用形成乳状液的过程
23、形成乳状液的过程1.1.乳状液的类型和鉴别乳状液的类型和鉴别 乳状液的类型通常有以下三种：乳状液的类型通常有以下三种： (1) (1)水包油型（水包油型（O/WO/W） 内相为油，外相为水，如人乳、牛奶等。内相为油，外相为水，如人乳、牛奶等。 (2) (2)油包水型（油包水型（W/OW/O） 内相为水，外相为油，如原油、油性化妆品等。内相为水，外相为油，如原油、油性化妆品等。 (3) (3)套圈形套圈形 由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状液，由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状液，如：油包水再包油如：油包水再包油(O/W/O)(O/W/O)、水包油再包水、水包油再包水(W/O/W)(W/
24、O/W)。 这种类型的乳状液较少见，一般存在于原油中，这种类型的乳状液较少见，一般存在于原油中，套圈型乳状液的存在给原油的破乳带来了很大的困难。套圈型乳状液的存在给原油的破乳带来了很大的困难。 3.2.1 3.2.1 乳状液的类型及形成乳状液的类型及形成乳状液的类型乳状液的类型3.2.1 3.2.1 乳状液的类型及形成乳状液的类型及形成 乳状液类型的鉴别乳状液类型的鉴别 主要有稀释法、染料法、电导法和滤纸润湿法四种。主要有稀释法、染料法、电导法和滤纸润湿法四种。 (1) (1)稀释法稀释法 利用乳状液能够与其外相液体混溶的特点，以水利用乳状液能够与其外相液体混溶的特点，以水或油性液体稀释乳状液
25、便可以确定其类型。例如，牛或油性液体稀释乳状液便可以确定其类型。例如，牛奶能够被水稀释，但不能与植物油混溶，可见牛奶是奶能够被水稀释，但不能与植物油混溶，可见牛奶是O/WO/W型乳液。型乳液。 (2) (2) 染料法染料法 把少量水溶性染料加入乳状液中，若整体被染上把少量水溶性染料加入乳状液中，若整体被染上颜色，表明乳状液是颜色，表明乳状液是O/WO/W型。若只有分散的液滴带色，型。若只有分散的液滴带色，表明乳状液是表明乳状液是W/OW/O型。型。 如果使用油溶性染料，则情况相反。如果使用油溶性染料，则情况相反。3.2.1 3.2.1 乳状液的类型及形成乳状液的类型及形成 乳状液类型的鉴别乳状
26、液类型的鉴别 (3)(3)电导法电导法 O/W O/W型乳液的导电性好，型乳液的导电性好，W/OW/O型乳液的导电性差，型乳液的导电性差，测定分散体系的导电性即可判断乳状液类型。测定分散体系的导电性即可判断乳状液类型。 (4) (4)滤纸润湿法滤纸润湿法 将一滴乳状液滴于滤纸上，若液体迅速铺展，在将一滴乳状液滴于滤纸上，若液体迅速铺展，在中心留下油滴，则表明该乳状液为中心留下油滴，则表明该乳状液为 O/WO/W型；若不能铺型；若不能铺展，则该乳状液为展，则该乳状液为 W/OW/O型。型。 对于易在滤纸上铺展油性组分不适用。如：苯、对于易在滤纸上铺展油性组分不适用。如：苯、甲苯、环己烷等。甲苯、
27、环己烷等。3.2.1 3.2.1 乳状液的类型及形成乳状液的类型及形成3.2.2 3.2.2 表面活性剂的乳化作用表面活性剂的乳化作用关于微乳液：关于微乳液： 在乳液形成的过程中，由于表面活性剂的参与使油在乳液形成的过程中，由于表面活性剂的参与使油- -水界面张力大幅度下降，成了稳定的乳液。水界面张力大幅度下降，成了稳定的乳液。 在乳液中仍然存在着油在乳液中仍然存在着油- -水界面张力，因此水界面张力，因此乳液是热乳液是热力学上的不稳定体系。而微乳液力学上的不稳定体系。而微乳液的油水界面张力低至的油水界面张力低至不可测，不可测，是热力学上的稳定体系。是热力学上的稳定体系。 表面活性剂可以降低油
28、表面活性剂可以降低油- -水界面张力，但由于水界面张力，但由于CMCCMC或溶或溶解度的限制，使界面张力无法达到接近于零。添加性解度的限制，使界面张力无法达到接近于零。添加性质完全不同的第二种表面活性剂质完全不同的第二种表面活性剂( ( 如大小适中的醇类如大小适中的醇类如戊醇、己醇和庚醇等，被称为助表面活性剂如戊醇、己醇和庚醇等，被称为助表面活性剂 ) )，就，就可以使界面张力进一步降低至很小，甚至会出现瞬间可以使界面张力进一步降低至很小，甚至会出现瞬间的负值。的负值。 GibbsGibbs的多组分体系的吸附方程的多组分体系的吸附方程-d=idi= iRTdlnCi 如图所示，如图所示，随助表
29、面活性剂增加，随助表面活性剂增加，CMCCMC减小，且减小，且降低，降低，甚至可瞬间为负值甚至可瞬间为负值( (由虚线表示由虚线表示) )。 那么体系的界面会自动扩展，结果是液珠的细化，自发那么体系的界面会自动扩展，结果是液珠的细化，自发地形成了微乳液。由于界面的扩展，被吸附的表面活性地形成了微乳液。由于界面的扩展，被吸附的表面活性剂在界面上的浓度会降低，使其又变为正值。微乳液中剂在界面上的浓度会降低，使其又变为正值。微乳液中的液珠由于热运动会使液珠的液珠由于热运动会使液珠 易于聚结而变大，一旦变大易于聚结而变大，一旦变大 ，则又形成暂时的负界面张，则又形成暂时的负界面张 力，从而又必须使其分
30、散，力，从而又必须使其分散， 以扩大界面面积，使负界面以扩大界面面积，使负界面 张力消除，体系达于平衡。张力消除，体系达于平衡。 微乳液是无限稳定体系。微乳液是无限稳定体系。3.2.2 3.2.2 表面活性剂的乳化作用表面活性剂的乳化作用3.2.3 3.2.3 乳液的物理性质乳液的物理性质 乳液的类型、珠粒的大小、数量等是影响其物理性质的乳液的类型、珠粒的大小、数量等是影响其物理性质的主要因素。主要因素。(1)(1)液珠粒径与光学性液珠粒径与光学性 乳液液珠的粒径大小直接影响乳液的颜色和外观，通过乳液液珠的粒径大小直接影响乳液的颜色和外观，通过乳液的外观和颜色可以判断出液珠粒径的分布范围。乳液
31、的外观和颜色可以判断出液珠粒径的分布范围。 一般情况下，液珠粒径小于一般情况下，液珠粒径小于5050nm时，乳液透明，即所谓时，乳液透明，即所谓的超微乳。粒径在的超微乳。粒径在 5050100100nm之间，为灰色半透明状态，之间，为灰色半透明状态，而粒径在而粒径在 10010010001000nm之间时，乳液蓝白色，粒径大于之间时，乳液蓝白色，粒径大于l000l000nm时为乳白色。时为乳白色。 乳液是一个多分散体系，由于分散相和分散介质的折乳液是一个多分散体系，由于分散相和分散介质的折射率不同，入射光在液珠表面上可发生反射、折散和射率不同，入射光在液珠表面上可发生反射、折散和散射现象。散射
32、现象。 一般乳液的液珠粒径为一般乳液的液珠粒径为0.10.110m10m，而可见光波长在，而可见光波长在0.40.40.6 m0.6 m之间，所以乳液主要发生反射现象，呈之间，所以乳液主要发生反射现象，呈乳白色。乳白色。 如果液珠的粒径在如果液珠的粒径在0.050.050.1m0.1m，即略小于入射光波，即略小于入射光波长时，有散射现象发生，体系呈半透明状。长时，有散射现象发生，体系呈半透明状。 当液珠的粒径为当液珠的粒径为0.05 m0.05 m以下，即远小于入射光波长以下，即远小于入射光波长时，会发生光的透射现象，体系变为透明状。实际上时，会发生光的透射现象，体系变为透明状。实际上当乳液粒
33、径小于当乳液粒径小于0.1m0.1m，体系呈半透明或透明时为微，体系呈半透明或透明时为微乳液。乳液。3.2.3 3.2.3 乳液的物理性质乳液的物理性质 (2)(2)乳液的黏度乳液的黏度 乳液的黏度受乳液内外相的黏度、内相的体积分数、乳液的黏度受乳液内外相的黏度、内相的体积分数、液珠的粒径及乳化剂的性质等的影响。当内相的相体液珠的粒径及乳化剂的性质等的影响。当内相的相体积分数小于积分数小于5050时，乳液的黏度可应用时，乳液的黏度可应用EinsteinEinstein公式公式描述：描述： = =0 0( (1+ +2.5) ) ，0-分别为乳液及分散介质的黏度；分别为乳液及分散介质的黏度； -
34、为分散相的体积分数为分散相的体积分数 3.2.3 3.2.3 乳液的物理性质乳液的物理性质 应用应用EinsteinEinstein公式来描述乳液体系的黏度时，该公式公式来描述乳液体系的黏度时，该公式存在一定偏差，在实际应用中还需考虑以下因素，如存在一定偏差，在实际应用中还需考虑以下因素，如分散粒子和球形对比的偏差、分散介质是否连续、粒分散粒子和球形对比的偏差、分散介质是否连续、粒子的刚性、粒子是否完全被溶剂所润湿、分散相的含子的刚性、粒子是否完全被溶剂所润湿、分散相的含量多少、粒子间有无相互作用、体系是否处于层流状量多少、粒子间有无相互作用、体系是否处于层流状态、有没有湍流等。态、有没有湍流
35、等。 在内相体积分数大于在内相体积分数大于5050以上时，应用该公式时偏差以上时，应用该公式时偏差会更大。会更大。 此外，此外，液珠的粒径分布液珠的粒径分布对乳液的黏度也有影响，特别对乳液的黏度也有影响，特别是是乳化剂的性质对乳液黏度的影响乳化剂的性质对乳液黏度的影响会更大。因为不同会更大。因为不同的乳化剂所形成的界面膜有不同的界面流动性。的乳化剂所形成的界面膜有不同的界面流动性。 3.2.3 3.2.3 乳液的物理性质乳液的物理性质 (3)(3)乳液的电性质乳液的电性质 乳液的电性质主要研究其导电性，其中，乳液的电性质主要研究其导电性，其中，0 0W W型乳液的型乳液的导电性好于导电性好于W
36、 WO O型。型。 乳液的导电性主要取决于连续相的导电性，因为乳液的导电性主要取决于连续相的导电性，因为0 0W W型型乳液的连续相为水而乳液的连续相为水而W WO O型乳液的连续相为油，水的导型乳液的连续相为油，水的导电性优于油，所以，电性优于油，所以，O OW W型乳液的导电性优于型乳液的导电性优于W WO O型。型。 另外，另外，乳液乳液的的电性质还有电性质还有液珠的电泳。液珠的电泳。液珠的带电性主液珠的带电性主要取决于乳化剂的类型，要取决于乳化剂的类型，对于对于O OW W型乳液，型乳液，乳化剂为离乳化剂为离子型表面活性剂时，疏水基伸入油相，离子头伸入水相子型表面活性剂时，疏水基伸入油
37、相，离子头伸入水相而定向排列于界面上。而定向排列于界面上。乳化剂为阴离子型表面活性剂时，乳化剂为阴离子型表面活性剂时，则油珠带负电荷，在电场中油珠向正极移动。乳化剂为则油珠带负电荷，在电场中油珠向正极移动。乳化剂为阳离子型表面活性剂，油珠带正电荷，在电场中油珠向阳离子型表面活性剂，油珠带正电荷，在电场中油珠向负极移动。负极移动。3.2.3 3.2.3 乳液的物理性质乳液的物理性质 3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素 （1 1）相体积）相体积 （2 2）乳化剂的分子结构和性质）乳化剂的分子结构和性质 （3 3）乳化器的材质）乳化器的材质 （4 4）两相的聚结
38、速度）两相的聚结速度(1)(1)相体积相体积-(-( OstwaldOstwald从几何学的角度提出从几何学的角度提出) ) 假设乳液的液珠是大小相同的圆球且圆球为刚性，假设乳液的液珠是大小相同的圆球且圆球为刚性，在最紧密堆积时，液珠相的体积占总体积的在最紧密堆积时，液珠相的体积占总体积的 74.0274.02。若液珠的相体积分数大于若液珠的相体积分数大于 74.0274.02，乳液就会发生变型，乳液就会发生变型或破坏。或破坏。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素 对于对于 O/WO/W型乳液，若油的相体积分数大于型乳液，若油的相体积分数大于 74.0274
39、.02，乳液只能形成乳液只能形成 W/OW/O型。型。 对于对于 W/OW/O型乳液，若油的相体积分数少于型乳液，若油的相体积分数少于 25.9825.98时，时，就只能形成就只能形成O/W O/W 型。型。 若油的相体积分数在若油的相体积分数在25.9825.9874.0274.02时，则可能形时，则可能形成成0/W0/W型或型或W/0W/0型中的一种。型中的一种。 事实上，乳液的液珠并非大小相等，也并非刚性，而事实上，乳液的液珠并非大小相等，也并非刚性，而是大小不相等且在高浓度时可发生形变甚至呈多面体，是大小不相等且在高浓度时可发生形变甚至呈多面体，因此液珠的相体积分数可超过因此液珠的相体
40、积分数可超过 74.O274.O2。例如：石蜡。例如：石蜡油油- - 水体系，石蜡油的相体积分数可高达水体系，石蜡油的相体积分数可高达9999，油珠，油珠实际上只被一层薄薄的水膜隔开，仍是实际上只被一层薄薄的水膜隔开，仍是O/WO/W乳液。乳液。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素(2)(2)乳化剂的分子结构和性质乳化剂的分子结构和性质- -楔型理论楔型理论 楔型理论是以乳化剂的空间结构为出发点来确定乳化楔型理论是以乳化剂的空间结构为出发点来确定乳化液的类型的。液的类型的。 该理论认为该理论认为: : 乳化剂的亲水基和疏水基的横截面积不相等，把乳化乳化剂的亲
41、水基和疏水基的横截面积不相等，把乳化剂的分子看做一头大、一头小的楔子，剂的分子看做一头大、一头小的楔子，乳化剂横截面乳化剂横截面积小的一头积小的一头可以像楔子一样可以像楔子一样插入液珠表面插入液珠表面，在油水，在油水界面上作定向排列，界面上作定向排列，亲水的极性头伸入水相而亲油的亲水的极性头伸入水相而亲油的碳氢链则伸入油相。碳氢链则伸入油相。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素 对于一价的金属皂，易生成对于一价的金属皂，易生成 O/WO/W型的乳液。对于二价型的乳液。对于二价的金属皂，则易生成的金属皂，则易生成 W/OW/O型乳液。型乳液。 一价金属皂极性头
42、的横截面积大于亲油的碳氢链的横一价金属皂极性头的横截面积大于亲油的碳氢链的横截面积，因而亲水的极性头伸进水相作为外相，亲油截面积，因而亲水的极性头伸进水相作为外相，亲油的碳氢链伸入油相作为内相，形成的碳氢链伸入油相作为内相，形成 0/W0/W型的乳液，如型的乳液，如图图(a)(a)所示。所示。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素 二价金属皂的亲油基由两个碳氢链组成，亲油基的横二价金属皂的亲油基由两个碳氢链组成，亲油基的横截面积大于其极性头的横截面积，因此，亲油基伸进截面积大于其极性头的横截面积，因此，亲油基伸进油相作为外相，极性基伸入水相作为内相，形成油相作
43、为外相，极性基伸入水相作为内相，形成 W/OW/O型乳液，如图型乳液，如图(b)(b)所示。所示。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素 楔型理论也存在与实际不符之处楔型理论也存在与实际不符之处 以一价的银盐为乳化剂形成的是以一价的银盐为乳化剂形成的是 W/OW/O型乳液，而型乳液，而不是不是O/WO/W型乳液。型乳液。 R-COONa R-COONa、R-COOKR-COOK的极性头的横截面积小于碳氢的极性头的横截面积小于碳氢链的横截面积，作为乳化剂却能够形成链的横截面积，作为乳化剂却能够形成O/WO/W型乳液。型乳液。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型
44、的主要因素影响乳状液类型的主要因素(3)(3)乳化剂的亲水性和溶解度的影响乳化剂的亲水性和溶解度的影响 易溶于水的乳化剂有助于形成易溶于水的乳化剂有助于形成O/WO/W型乳状液，易溶于型乳状液，易溶于油的乳化剂有助于形成油的乳化剂有助于形成W/OW/O型乳状液。型乳状液。 BancroftBancroft提出，提出，油、水两相中对乳化剂溶解度大的一油、水两相中对乳化剂溶解度大的一相将成为外相，即分散介质。相将成为外相，即分散介质。( (具有较大的普遍性具有较大的普遍性) ) 乳化剂在某相中的溶解度越大，表示二者的相容性越乳化剂在某相中的溶解度越大，表示二者的相容性越好，表面张力越低，体系的稳定
45、性也越好。好，表面张力越低，体系的稳定性也越好。 钠盐和钾盐在水中的溶解度较大，是良好的钠盐和钾盐在水中的溶解度较大，是良好的 O/WO/W型乳型乳液的乳化剂；银盐乳化剂虽然极性头截面积大于碳氢液的乳化剂；银盐乳化剂虽然极性头截面积大于碳氢链截面积，但因水溶性较小，通常只能形成链截面积，但因水溶性较小，通常只能形成 W/OW/O型乳型乳状液。状液。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素(4)(4)乳化器材质对乳液类型的影响乳化器材质对乳液类型的影响 器壁的亲水亲油性对形成乳液类型的影响器壁的亲水亲油性对形成乳液类型的影响 器壁亲水性强时易形成器壁亲水性强时易形
46、成 O/WO/W型乳状液，而器壁亲油性型乳状液，而器壁亲油性强则易形成强则易形成 W/OW/O型乳液。型乳液。 原因：液体在器壁上需保持一层连续相，从而使搅拌原因：液体在器壁上需保持一层连续相，从而使搅拌时不易被分散而成为液珠。时不易被分散而成为液珠。 乳化剂的浓度对形成乳液类型的影响乳化剂的浓度对形成乳液类型的影响 当乳化剂浓度大到足以克服乳化器材质的润湿性质所当乳化剂浓度大到足以克服乳化器材质的润湿性质所带来的影响时，所形成乳液的类型只取决于乳化剂自带来的影响时，所形成乳液的类型只取决于乳化剂自身的性质而与器壁的亲水亲油性无关。身的性质而与器壁的亲水亲油性无关。3.2.4 3.2.4 影响
47、乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素(4)(4)两相的聚结速度理论两相的聚结速度理论(1957(1957年由年由DaviesDavies提出提出) ) 聚结速度理论从组成乳状液的两种液滴的聚结速度对聚结速度理论从组成乳状液的两种液滴的聚结速度对乳状液的影响出发，判断乳状液的类型。乳状液的影响出发，判断乳状液的类型。 认为：在乳化剂、油、水一起摇荡时，油相与水相都认为：在乳化剂、油、水一起摇荡时，油相与水相都破裂成液滴，最终成为何种乳液取决于两类液滴的聚破裂成液滴，最终成为何种乳液取决于两类液滴的聚结速度。结速度。 液滴的聚结速度与乳化剂的亲水亲油性有很大的关系，液滴的聚结速度与乳化剂的
48、亲水亲油性有很大的关系，当乳化剂的亲水性较强时，亲水部分对油滴的聚集有当乳化剂的亲水性较强时，亲水部分对油滴的聚集有较大的阻碍作用，使油滴的聚结速度减慢，而水滴的较大的阻碍作用，使油滴的聚结速度减慢，而水滴的聚结速度大于油滴的聚结速度，最终使水成为连续相，聚结速度大于油滴的聚结速度，最终使水成为连续相，形成形成O/WO/W型乳状液。型乳状液。反之形成反之形成W/OW/O型乳状液。型乳状液。3.2.4 3.2.4 影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素3.2.5 3.2.5 影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素 1 1）表面张力）表面张力 2 2）界面膜的性质）界面膜的性质 3
49、 3）界面电荷）界面电荷 4 4）乳状液分散介质的黏度）乳状液分散介质的黏度 5 5）固体粉末的加入）固体粉末的加入3.2.5 3.2.5 影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素 1 1）表面张力）表面张力 乳液中油乳液中油- -水的高度分散使体系具有巨大的油水的高度分散使体系具有巨大的油- -水界面，水界面，因而是热力学上的不稳定体系。为了降低体系的能量，因而是热力学上的不稳定体系。为了降低体系的能量，液滴间有自发并聚的倾向，因此液滴间有自发并聚的倾向，因此低油低油-水界面张力有水界面张力有助于体系的稳定。助于体系的稳定。3.2.5 3.2.5 影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的
50、因素 2 2）界面膜的性质）界面膜的性质 在乳状液体系中，低界面张力有利于乳液的稳定，但在乳状液体系中，低界面张力有利于乳液的稳定，但不是惟一因素。有的小分子有机物与水的界面张力很不是惟一因素。有的小分子有机物与水的界面张力很低，却不能形成稳定的乳液，低，却不能形成稳定的乳液，如戊醇。而有些高分子如戊醇。而有些高分子化合物它们不能有效地降低油水界面张力，却有很强化合物它们不能有效地降低油水界面张力，却有很强的乳化力，能使油水形成稳定的乳液，例如羧甲基纤的乳化力，能使油水形成稳定的乳液，例如羧甲基纤维素和羧甲基淀粉的钠盐。维素和羧甲基淀粉的钠盐。其原因是其原因是高分子化合物能高分子化合物能吸附于
