Эмульсии. Свойства эмульсий. Устойчивость эмульсий. Разрушение эмульсий.

Пены. Свойства и особенности пен. Устойчивость и получение пен.

Аэрозоли. Классификация. Образование и свойства.

Порошки.

ЭМУЛЬСИИ

Эмульсии - особый вид дисперсных систем, дисперсная фаза и дисперсионная среда являются взаимнонерастворимыми жидкостями, это системы Ж/Ж.

Свойства эмульсий

В зависимости от состава дисперсной фазы и дисперсионной среды могут быть прямые и обратные эмульсии.

Прямые эмульсии типа М/В - дисперсия масла в воде.

Обратные эмульсии типа В/М - дисперсия воды в масле. Пример прямой эмульсии - молоко, пример обратной эмульсии - маргарин, нефть.

В зависимости от концентрации раздробленной фазы эмульсии могут быть разбавленными (0,1%), концентрированными (0,1% - 75%), высококонцентрированными (свыше 75 %).

В разбавленных эмульсиях концентрация дисперсной фазы невелика, поэтому их свойства не отличаются от свойств дисперсионной среды.

Стремление поверхностной энергии к минимуму, вследствие подвижности жидкой границы раздела, приводит к самопроизвольному снижению поверхности раздела фаз. По этой причине капли разбавленных и концентрированных эмульсий приобретают шарообразную форму.

При концентрации дисперсной фазы свыше 75% наблюдается деформация жидкости, обрамляющей капли дисперсной фазы, ее сферичность нарушается, а эмульсия приобретает новые свойства. Подобные эмульсии образуют структуру - маргарин.

Устойчивость эмульсий

Эмульсии могут быть лиофильными и лиофобные. Лиофильные - термодинамически устойчивы и образуются самопроизвольно путем диспергирования массы жидкости до капель.

Большинство эмульсий относится к лиофобным системам - они термодинамически неустойчивы, не могут образовываться самопроизвольно, существовать длительное время, нуждаются в стабилизации. Разрушение и потеря агрегативной устойчивости происходит в несколько стадий. Первая - контакт по крайней мере двух капель. Вторая - образование агрегатов.

Устойчивость эмульсий зависит от ряда причин: поверхностного натяжения, свойств и структуры граничных слоев.

Повышения устойчивости лиофобных эмульсий достигают введением веществ эмульгаторов, способных стабилизировать эмульсии.

Эмульгаторы могут быть гидрофобные и гидрофильные.

Гидрофильные эмульгаторы - ПАВ. Стабилизируют прямые эмульсии. Полярные радикалы образующегося на границе раздела фаз адсорбционного слоя ПАВ находятся на наружной стороне капель масла, препятствуя их сближению (рис. 14.1, а)

Рис.14.1. Адсорбция молекул ПАВ в прямых (а) и обратных (б) эмульсиях.

Эти же вещества в эмульсиях обратного типа адсорбируются на внутренней поверхности капель воды (14.1, б), образующийся адсорбционный слой не является препятствием для слипания капель. Поэтому стабилизацию обратных эмульсий нужно производить с помощью ПАВ, которые лучше растворяются в масле, чем в воде.

Ориентация адсорбционного слоя ПАВ происходит в соответствии с правилом уравнивания полярности Ребиндера:

полярная группа молекул ПАВ обращена к полярной жидкости, а неполярный радикал - к неполярной.

Соотношением между гидрофильными и гидрофобными частями молекул ПАВ определяется:

1. Эффективность эмульгатора. Гидрофильные свойства определяются взаимодействием полярных групп молекул ПАВ с водой. Гидрофобный радикал обуславливает взаимодействие между неполярной цепью ПАВ и маслом. Лиофильное взаимодействие ПАВ и масла будет гидрофобным по отношению к воде.

2. Поверхностная активность. Для короткоцепочечных ПАВ преобладает гидрофильное взаимодействие, в результате которого молекулы втягиваются в воду. Длинноцепочечные молекулы ПАВ - гидрофобное взаимодействие.

Уравновешивание гидрофильного и лиофильного взаимодействий называется гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ). То есть определенное оптимальное соотношение действия воды и масла на молекулы ПАВ определяет условия образования адсорбционного слоя на границе раздела двух жидкостей.

ГЛБ - эмпирическая безразмерная величина:

ГЛБ = (b + yn)/а (14.1)

где n - число групп СН₂ в углеводородном радикале, y - свободная энергия взаимодействия в расчете на одну СН₂ группу, b - безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ, а - сродство полярной группы молекулы ПАВ к воде.

Действие адсорбционных слоев ПАВ, экранирующих границу раздела фаз, зависит от свойств ПАВ и жидкостей, образующих эмульсию. Прочные адсорбционные слои образуют белки, углеводы, имеющие слабую поверхностную активность.

Роль эмульгаторов могут выполнять порошки. Действие порошков эмульгаторов обеспечивается особым положением частиц порошка на границе раздела двух жидких фаз.