Üldiselt on emulsiooni üks faas vesi või vesilahus, mida nimetatakse vesifaasiks; teine ​​faas on veega segunematu orgaaniline faas, mida nimetatakse õlifaasiks.

1. Klassifikatsioon

Kolm klassifitseerimismeetodit:

1. Liigitatud allika järgi: looduslikud tooted ja sünteetilised tooted;

2. Molekulaarmassi järgi klassifitseeritud: madala molekulmassiga emulgaatorid (c10-c20) ja suure molekulmassiga emulgaatorid (c tuhandeid);

3. Vastavalt sellele, kas see võib vesilahuses ioniseeruda, saab selle jagada ioonseks tüübiks (anioonid, katioonid ning anioonid ja katioonid) ja mitteioonseks tüübiks.

See on kõige sagedamini kasutatav klassifitseerimismeetod.

 

2. Emulgaatorite funktsioon ja põhimõte

Emulgaatorite peamine ülesanne on vähendada kahe emulgeeritava vedeliku pindpinevust. Seega, kui pindaktiivseid aineid kasutatakse emulgaatoritena, adsorbeerub nende hüdrofoobse rühma üks ots lahustumatute vedelosakeste (näiteks õli) pinnale, samas kui hüdrofiilne rühm ulatub vee poole. Pindaktiivsed ained on vedelosakeste pinnal suunatud, moodustades hüdrofiilse adsorptsioonikile (faasidevahelise kile), et vähendada tilkade vastastikust külgetõmbejõudu, vähendada kahe faasi vahelist pindpinevust ja soodustada vastastikust dispersiooni emulsioonide moodustamiseks.

Pindaktiivse aine kontsentratsioon mõjutab otseselt pindadevahelise näomaski tugevust. Kõrge kontsentratsiooni korral adsorbeerub pindadele palju pindaktiivse aine molekule, moodustades tiheda ja tugeva pindadevahelise näomaski.

Erinevatel emulgaatoritel on erinev emulgeerimisefekt ja optimaalse emulgeerimisefekti saavutamiseks vajalik kogus on samuti erinev. Üldiselt, mida suurem on emulgaatori molekulaarne jõud, mis moodustab näomaski piirjoone, seda suurem on kile tugevus ja seda stabiilsem on kreem; vastupidi, mida väiksem on jõud, seda madalam on kile tugevus ja seda ebastabiilsem on emulsioon.

Kui näomaskis on polaarseid orgaanilisi molekule, näiteks rasvalkoholi, rasvhapet ja rasvamiini, paraneb membraani tugevus märkimisväärselt. See on tingitud emulgaatori molekulide interaktsioonist polaarsete molekulidega, näiteks alkoholi, happe ja amiiniga, moodustades kompleksi liidese adsorptsioonikihis, mis suurendab liidese näomaski tugevust.

Rohkem kui kahest pindaktiivsest ainest koosnev emulgaator on segaemulgaator. Molekulide tugeva interaktsiooni tõttu väheneb faasidevaheline pinge oluliselt, suureneb liidesele adsorbeerunud emulgaatori hulk ning moodustunud faasidevahelise näomaski tihedus ja tugevus suurenevad.

Emulsiooni moodustumisel väheneb õli ja vee vaheline pindpinevus pindaktiivsete ainete tõttu oluliselt ning emulsioon muutub stabiilseks. Siiski on emulsioonis endiselt õli-vee vaheline pindpinevus, mis ei saa CMC või lahustuvuspiirangute tõttu nulli jõuda. Seetõttu on kreem termodünaamiliselt ebastabiilne süsteem.

Mikroemulsiooni õli ja vee vaheline faasipinevus on nii madal, et seda ei saa mõõta. See on termodünaamiliselt stabiilne süsteem. See saavutatakse peamiselt teist tüüpi pindaktiivse aine lisamisega, millel on täiesti erinevad omadused (näiteks mõõduka suurusega alkoholid nagu pentanool, heksanool ja heptanool, mida tuntakse ko-pindaktiivsete ainetena), mis võivad faasipinevust veelgi vähendada väga väikese tasemeni, mille tulemuseks on isegi hetkelised negatiivsed väärtused. Seda saab seletada Gibbsi adsorptsioonivõrrandiga mitmekomponendiliste süsteemide jaoks.

 

3, emulsiooni tüüp

Tüüp

Tavalises emulsioonis on üks faas vesi või vesilahus ja teine ​​faas vees lahustumatu orgaaniline aine, näiteks rasv, vaha jne. Vee ja õli emulsiooni võib jagada kolme tüüpi:

(a) Õli-vees tüüpi (O'W)
(e) Piimasegu (vesi/õli/vesi)
(b) Õli-vees tüüpi (W/O)

(1) Õli/vee (0/W) emulsioon, õli on vees dispergeeritud. Õli on dispergeeritud faas (sisefaas) ja vesi on pidev faas (väline faas) ehk õli-vees emulsioon, mida saab veega lahjendada. Näiteks piim, sojapiim jne.

(2) Vesi/õli (W/0) emulsioon, vesi on õlis dispergeeritud. Vesi on vesi-õli emulsiooni dispergeeritud faas (sisefaas) ja õli on pidev faas (väline faas). Sellist emulsiooni saab õliga lahjendada. Näiteks tehisvõi, toornafta jne.

(3) Rõngakujulised emulsioonid, mis tekivad vee ja õlifaaside vahelduva kiht-kihilt dispergeerimise teel, esinevad peamiselt kahel kujul: õli vees ja õli õlis 0/W/0 (st veefaas, kus õlifaasis on suspendeeritud dispergeeritud õlipiisad, ning vesi õlis ja vesi vees W/0/W (st õlifaas, kus veefaasis on suspendeeritud veepiisad). Seda tüüpi emulsioon on haruldane ja esineb üldiselt toornaftas.

 

Emulsioonitüübi kontrollimise meetod

(1) Lahjendusmeetod

Lahjendage emulsiooni sama vedelikuga kui pidevat faasi. Vees lahustuv emulsioon on õli/vee tüüpi ja õlis lahustuv emulsioon on vee/õli tüüpi.
Näiteks piima saab veega lahjendada, kuid see ei ole taimeõliga segunev. On näha, et piim on õli-vesi emulsioon.

(2) Juhtiv meetod

Vee ja õli juhtivus on väga erinev ning õli/vee emulsiooni juhtivus on sadu kordi suurem kui vee/õli emulsioonil. Seetõttu sisestatakse emulsiooni kaks elektroodi ja neoon ühendatakse ahelas järjestikku, nii et õli/vee tuli põleb.

(3) Värvimismeetod

Lisa katseklaasi 2-3 tilka õli- või veebaasil värvaineid ja hinda emulsiooni tüüpi vastavalt sellele, milline värvaine suudab pideva faasi ühtlaselt värvida.

(4) Filterpaberi niisutamise meetod

Tilguta kreem filterpaberile. Kui vedelik paisub kiiresti ja keskele jääb väike tilk, on kreem õli-vees; kui kreemitilgad ei paisu, on tegemist õli-vees tüüpi kreemiga.

(5) Optiline murdumise meetod

Emulsiooni tüübi määramiseks kasutatakse vee ja õli erinevat murdumisnäitajat valguse suhtes. Kui emulsioon on õli-vees, koguvad osakesed valgust ja mikroskoobiga on näha ainult osakeste vasakpoolset kontuuri; kui emulsioon on vesi-õlis, moodustavad osakesed astigmatismi ja mikroskoobiga on näha ainult osakeste parempoolset kontuuri.

Emulsiooni tüüpi mõjutavad peamised tegurid

(1) Faasi maht:

Faasimahu teooria pakkus välja 0stwald geomeetrilisest vaatenurgast. Seisukoht on, et eeldades, et kreemi vedelad graanulid on sama suured ja jäigad sfäärid, saab vedelate graanulite faasimahu osakaal moodustada vaid 74,02% kogumahust, kui need on kõige tihedamalt pakitud. Kui vedelate graanulite faasimahu integraalarv on suurem kui 74,02%, siis kreem deformeerub või kahjustub.

(a) Ühtlane tilkade rikas karusnahast kootud emulsioon
(b) Ebaühtlase tilgaga tihe kuhjuv emulsioon
(c) Mittesfäärilised vedelikupiisad vajavad virnastamist ja emulsiooni (ebastabiilne)

Näiteks O/W tüüpi emulsioon: kui õli faasiintegraalide arv on suurem kui 74,02%, saab emulsioon moodustada ainult W/0 tüüpi, kui O/i tüüpi on alla 25,98% ja kui fraktsioon on 25,98–74,02%, võib see moodustada kas 0/W või W0 tüüpi.

 

Emulgaatorite molekulaarstruktuur ja omadused - kiiluteooria

Kiiluteooria põhineb emulgaatorite ruumilisel struktuuril emulsiooni tüübi määramiseks. Kiiluteooria väidab, et emulgaatorite hüdrofiilsete ja hüdrofoobsete rühmade ristlõikepindalad ei ole võrdsed. Emulgaatorite molekule vaadeldakse kiiludena, mille üks ots on suurem ja teine ​​väiksem. Emulgaatori väiksema otsa saab tilga pinnale kiiluna sisestada ja õli-vee piirpinnal suunatult paigutada. Hüdrofiilne polaarne ots ulatub vesifaasi, samas kui lipofiilne süsivesiniku ahel ulatub õlifaasi, mille tulemuseks on suurem faasidevaheline tugevus.

 

Emulgaatori materjali mõju emulsioonitüübile

Lisaks sellistele teguritele nagu emulsiooni koostismaterjalid ja emulsiooni moodustamise tingimused, mõjutavad emulsiooni tüüpi ka välised tingimused. Näiteks on emulsiooniseina hüdrofiilne ja lipofiilne olemus tugev ning õli-veemulsiooni on lihtne moodustada, kui emulsiooniseina hüdrofiilne olemus on tugev, samas kui vesi-o-emulsiooni on lihtne moodustada, kui emulsiooniseina lipofiilne olemus on tugev. Põhjus on selles, et vedelik peab säilitama seinal pideva faasi kihi, et seda segamisel ei oleks kerge vedelateks graanuliteks hajutada. Klaas on hüdrofiilne, samas kui plastik on hüdrofoobne, seega on esimene altid moodustama õli-veemulsioone, teine ​​aga vesi-o-emulsioone.

 

Kahe faasi agregatsioonikiiruse teooria

Koalestsentsi kiiruse teooria lähtub emulsiooni moodustavate kahe tüüpi tilkade koalestsentsi kiiruse mõjust emulsioonile ning järeldab, et kahe tüüpi tilkade koalestsentsi kiirus sõltub kahe tüüpi tilkade koalestsentsi kiirusest, kui emulsioon, hai ja tapmine koos nõudluse katavad.

 

Temperatuur

Temperatuuri tõus vähendab hüdrofiilsete rühmade hüdratsiooniastet, vähendades seeläbi molekulide hüdrofiilsust. Seetõttu võib madalatel temperatuuridel moodustunud 0/w emulsioon kuumutamisel muutuda W/0 emulsiooniks. See üleminekutemperatuur on temperatuur, mille juures pindaktiivse aine hüdrofiilsed ja lipofiilsed omadused saavutavad sobiva tasakaalu, mida nimetatakse faasisiirdetemperatuuriks PIT.

Kui emulgaatori kontsentratsioon on aga piisavalt suur, et ületada emulgaatormaterjali märgamisomaduse mõju, sõltub moodustunud emulsiooni tüüp ainult emulgaatori enda olemusest ja sellel pole mingit pistmist anuma seina hüdrofiilsuse ja lipofiilsusega.