第三章表面活性剂的功能与应用

1、Chapter Three1第三章第三章 表面活性剂的功能与应用表面活性剂的功能与应用Chapter Three2n3.1 增溶作用增溶作用n3.2 乳化与破乳作用乳化与破乳作用n3.3 润湿功能润湿功能n3.4 起泡和消泡作用起泡和消泡作用n3.5 洗涤和去污作用洗涤和去污作用n3.6 分散和絮凝作用分散和絮凝作用n3.7 其他功能其他功能基本内容基本内容Chapter Three3表面活性剂的基本功能 表面活性剂在表面活性剂在表（界）面上吸附表（界）面上吸附，形成吸附膜（一般是单分子膜）形成吸附膜（一般是单分子膜）Adsorption of Surface-Active Agents at

2、 Interfaces降低表（界）面张力，改变体降低表（界）面张力，改变体系表（界）面的物理化学性质系表（界）面的物理化学性质起泡、消泡、乳化、破乳、起泡、消泡、乳化、破乳、分散、絮凝、润湿、铺展、分散、絮凝、润湿、铺展、渗透、润滑、抗静电、杀渗透、润滑、抗静电、杀菌等菌等表面活性剂在溶液表面活性剂在溶液内部自聚内部自聚形成形成多种类型的分子有序组合体多种类型的分子有序组合体Self-assembly 增溶作用增溶作用胶团催化、形成微乳状液、作为间胶团催化、形成微乳状液、作为间隔化反应介质和微反应器、药物载隔化反应介质和微反应器、药物载体、洗涤等体、洗涤等表面活性剂分子有序组合体表面活性剂分子

3、有序组合体质点大小或聚集分子层厚度质点大小或聚集分子层厚度接近纳米级接近纳米级可作为制备超细微粒可作为制备超细微粒的模的模板（模板功能）板（模板功能）表表面面活活性性剂剂的的特特性性Chapter Three43.1 增溶作用增溶作用一、增溶作用的定义和特点一、增溶作用的定义和特点定义定义：由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶剂：由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶剂中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的作用。中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的作用。例如：常温下，乙苯基本不溶于水，但在例如：常温下，乙苯基本不溶于水，但在100mL 0.3mol/L的十六酸钾溶液中可溶解的十六酸钾溶液中可溶解3g。

4、非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。增加，这称为增溶作用。Chapter Three5增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。根分子形成的胶束中。一般把被增溶的物质称为一般把被增溶的物质称为增溶物增溶物；加入的表；加入的表面活性剂成为面活性剂成为增溶剂增溶剂。由于由于表面活性剂的用量很少，没有改变溶剂表面活性剂的用量很少

5、，没有改变溶剂的性质的性质，因此增溶作用与使用混合溶剂提高，因此增溶作用与使用混合溶剂提高溶解度不同。溶解度不同。Chapter Three6经经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。不大。说明增溶说明增溶不同于不同于真正的溶解。真正的溶解。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溶液的沸点、凝固点、渗透压等没有明显变化，说点、凝固点、渗透压等没有明显变化，说明明溶质溶质并非以分子或离子形式存在，而并非以分子或离子形式存在，而是是以团簇分散在表面活性剂的溶液

6、中。以团簇分散在表面活性剂的溶液中。Chapter Three7增溶作用的特点增溶作用的特点: : （2）增溶作用可以使被溶物的化学势大大）增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低，是自发过程，降低，是自发过程，是是热力学稳定体系热力学稳定体系。 （3）增溶作用是一个可逆的平衡过程。）增溶作用是一个可逆的平衡过程。 （4）增溶后不存在两相，溶液是透明的）增溶后不存在两相，溶液是透明的 （1）与溶液中增溶剂形成的胶束有关；）与溶液中增溶剂形成的胶束有关；Chapter Three8增溶作用与乳化作用的不同：增溶作用与乳化作用的不同：增溶作用：增溶后不存在两相，是热力学稳增溶作用：增溶后不存在两相，是

7、热力学稳定体系；定体系；乳化作用：乳化作用：两种不相混溶的液体形成的液两种不相混溶的液体形成的液-液分散体系，液分散体系，有巨大的相界面和界面自由能，有巨大的相界面和界面自由能，是热力学不稳定的多分散体系。是热力学不稳定的多分散体系。Chapter Three9二、增溶作用的方式二、增溶作用的方式1.内部溶解型内部溶解型饱和脂肪烃、环烷烃及苯等饱和脂肪烃、环烷烃及苯等不易极化的非极不易极化的非极性有机化合物性有机化合物，一般被加溶于胶团的一般被加溶于胶团的内核内核中，中，就像溶于非极性碳氢化合物液体中一样。就像溶于非极性碳氢化合物液体中一样。苯、甲苯苯、甲苯Chapter Three10增溶后

8、的紫外光谱或核磁共振谱表明被加溶增溶后的紫外光谱或核磁共振谱表明被加溶物处于非极性环境中，物处于非极性环境中，X射线表明在加溶后射线表明在加溶后胶团变大。胶团变大。Chapter Three112.交错插入型交错插入型增溶于表面活性剂分子间的增溶于表面活性剂分子间的“栅栏栅栏”处处长链醇、胺和极性染料等长链醇、胺和极性染料等极性有机分子极性有机分子，一，一般以非极性碳氢链插入胶团内部，而极性头般以非极性碳氢链插入胶团内部，而极性头处于表面活性剂极性基之间，并通过氢键或处于表面活性剂极性基之间，并通过氢键或偶极子相互作用。偶极子相互作用。Chapter Three12增溶物或深或浅地穿插到原胶束

9、层中形成增溶物或深或浅地穿插到原胶束层中形成混合胶束混合胶束水杨酸水杨酸加溶后的加溶后的X射线表明射线表明胶团未变大胶团未变大。若极性有。若极性有机物分子的极性很弱，加溶时插入胶团的程机物分子的极性很弱，加溶时插入胶团的程度会增加，甚至极性基也会被带入胶团内核。度会增加，甚至极性基也会被带入胶团内核。Chapter Three133. 表面吸附型表面吸附型一些既一些既不溶于水也不溶于非极性烃的小分子不溶于水也不溶于非极性烃的小分子极性有机化合物极性有机化合物，在胶束表面的增溶是通过，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被吸附于胶束表面区域或是靠近胶束表面分子子“栅栏栅栏

10、”的区域完成的。的区域完成的。对羟基苯甲酸对羟基苯甲酸光谱研究表明它们处于完全或接近完全光谱研究表明它们处于完全或接近完全极性的环极性的环境境中。如：苯二甲酸二甲酯等，一些高分子物质、中。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。甘油、蔗糖以及某些染料也采取此种增溶方式。Chapter Three14在非离子表面活性剂溶液中，此类物质加在非离子表面活性剂溶液中，此类物质加溶于胶团的聚氧乙烯外壳中。溶于胶团的聚氧乙烯外壳中。4、增溶于胶团的极性基层、增溶于胶团的极性基层聚乙二醇型非离子表面活性剂水溶液增溶时，聚乙二醇型非离子表面活性剂水溶液增溶时，可能靠可能

11、靠醚氧键醚氧键把增溶物把增溶物( (如苯）包藏在胶束外如苯）包藏在胶束外层曲折的聚氧化乙烯的层曲折的聚氧化乙烯的亲水链外壳亲水链外壳中。中。Chapter Three15以这种方式被增溶的物质主要是较以这种方式被增溶的物质主要是较易极化易极化的碳氢化合物的碳氢化合物，如苯、乙苯、苯酚等短链，如苯、乙苯、苯酚等短链芳香烃类化合物芳香烃类化合物 上述四种加溶方式，其增溶量的规律：上述四种加溶方式，其增溶量的规律：4213。Chapter Three16 增溶作用的本质：增溶作用的本质： 由于胶团的特殊结构，从它的内核到水由于胶团的特殊结构，从它的内核到水相提供了从相提供了从非极性到极性环境非极性到

12、极性环境的全过渡。的全过渡。因此，各类极性或非极性的难溶有机物因此，各类极性或非极性的难溶有机物都可以找到适合的溶解环境，而存在于都可以找到适合的溶解环境，而存在于胶团中。由于胶团粒子一般小于胶团中。由于胶团粒子一般小于0.1um，加溶后的胶团溶液仍是透明液体。加溶后的胶团溶液仍是透明液体。Chapter Three17增溶量的测定方法增溶量的测定方法增溶量的测定方法与溶解度的测定方法增溶量的测定方法与溶解度的测定方法相同：相同：向向100 ml已标定浓度的表面活性剂溶液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，此

13、时已时被增溶物析出，溶液变混浊，此时已滴入溶液中的被增溶物的物质的量滴入溶液中的被增溶物的物质的量（mol）即为增溶量。）即为增溶量。Chapter Three18增溶力增溶力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)即得即得增溶力。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。的能力。是衡量表面活性剂的重要指标之一。 Chapter Three19三、增溶作用的主要影响因素三、增溶作用的主要影响因素1.表面活性剂的化学结构表面活性剂的化学结构(1) 表面活性剂的类型对加溶能力有影响表面

14、活性剂的类型对加溶能力有影响具有同样疏水基的表面活性剂，其加溶具有同样疏水基的表面活性剂，其加溶量有如下次序：量有如下次序：非离子型阳离子型非离子型阳离子型阴离子型。阴离子型。原因：非离子型表面活性剂的原因：非离子型表面活性剂的CMC比离子比离子型的低，而阳离子型表面活性剂形成的胶团型的低，而阳离子型表面活性剂形成的胶团较疏松，使其加溶作用比阴离子型的强。较疏松，使其加溶作用比阴离子型的强。Chapter Three20(2)、表面活性剂的链长对加溶量有明显的影响。、表面活性剂的链长对加溶量有明显的影响。在同系物中，碳氢链越长，在同系物中，碳氢链越长，CMC越小，越易形越小，越易形成胶团，且胶

15、团大小随碳氢链增长而增加（聚成胶团，且胶团大小随碳氢链增长而增加（聚集数增加）。集数增加）。 随着表面活性剂碳氢链的增长，非极性的烃随着表面活性剂碳氢链的增长，非极性的烃类和弱极性的苯、乙苯在胶团内核的加溶量会类和弱极性的苯、乙苯在胶团内核的加溶量会增加。增加。Chapter Three21Chapter Three22(3) 亲油基亲油基部分带有部分带有分支结构分支结构的表面活性剂增的表面活性剂增溶作用较直链的小。溶作用较直链的小。 原因：直链型表面活性剂原因：直链型表面活性剂CMC浓度比支链浓度比支链型低，胶束易形成，胶束聚集数较大。型低，胶束易形成，胶束聚集数较大。 (4)、带有、带有不

16、饱和结构不饱和结构的表面活性剂，或在的表面活性剂，或在活性剂分子上引入活性剂分子上引入第二极性基团第二极性基团时，对时，对烃烃类的增溶作用减小类的增溶作用减小，而对，而对长链极性物增溶长链极性物增溶作用增加作用增加。Chapter Three232. 被增溶物的化学结构被增溶物的化学结构脂肪烃脂肪烃与与烷基芳烃烷基芳烃被增溶的程度随其链长被增溶的程度随其链长的增加而减小，随不饱和度及环化程度的的增加而减小，随不饱和度及环化程度的增加而增大；增加而增大；带支链的饱和化合物与相应的直链异构体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。增溶量大致相同。Chapter Three243.温度的

17、影响温度的影响温度对加溶作用的影响与温度对加溶作用的影响与表面活性剂的类型表面活性剂的类型和和加溶物的性质加溶物的性质有关。有关。(1) 离子型表面活性剂离子型表面活性剂升高温度使热运动加剧，胶团中能发生加溶升高温度使热运动加剧，胶团中能发生加溶作用的空间变大，使极性和非极性有机物加作用的空间变大，使极性和非极性有机物加溶量均增大溶量均增大Chapter Three25(2) 聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂温度升高，聚氧乙烯基的水化作用减弱，温度升高，聚氧乙烯基的水化作用减弱，CMC降低，胶团更易形成，胶团聚集数增大。降低，胶团更易形成，胶团聚集数增大。特别是温度升至

18、表面活性剂浊点时，胶团聚集特别是温度升至表面活性剂浊点时，胶团聚集数会剧增，胶团变大，内核也变大。数会剧增，胶团变大，内核也变大。使使非极性碳氢化合物非极性碳氢化合物和和卤代烷卤代烷类有机物的类有机物的加溶加溶量增加量增加。极性有机物极性有机物加溶在胶团的表面活性剂分子之间，加溶在胶团的表面活性剂分子之间，其其加溶量随温度上升先增加后下降加溶量随温度上升先增加后下降，在达到表，在达到表面活性剂的浊点之前会出现一个最大值。面活性剂的浊点之前会出现一个最大值。Chapter Three26原因：升高温度使表面活性剂热运动加剧并增原因：升高温度使表面活性剂热运动加剧并增加了胶团聚集数，使加溶量加了胶

19、团聚集数，使加溶量增加增加。继续升高温度，则加剧了聚氧乙烯的脱水作用继续升高温度，则加剧了聚氧乙烯的脱水作用使其容易卷缩，导致加溶空间变小，使其容易卷缩，导致加溶空间变小，极性有机极性有机物物的加溶量的加溶量减少减少。对短碳链的极性有机物，其。对短碳链的极性有机物，其加溶量的降低更为明显。加溶量的降低更为明显。 极性有机物极性有机物加溶在胶团的表面活性剂分子之间，加溶在胶团的表面活性剂分子之间，其加溶量随温度上升先增加后下降，在达到表其加溶量随温度上升先增加后下降，在达到表面活性剂的浊点之前会出现一个最大值。面活性剂的浊点之前会出现一个最大值。Chapter Three274.添加无机电解质的

20、影响添加无机电解质的影响离子型表面活性剂溶液中加入无机电解质离子型表面活性剂溶液中加入无机电解质,可可增加增加烃类烃类化合物的增溶程度，但使化合物的增溶程度，但使极性极性有有机物的增溶程度机物的增溶程度减少减少。原因原因:无机电解质的增加抑制离子型表面活无机电解质的增加抑制离子型表面活性剂的电离，降低其水溶性，使性剂的电离，降低其水溶性，使CMC降低、降低、胶团聚集数变大。胶团聚集数变大。Chapter Three28在在CMC附近，加电解质使加溶量增加，附近，加电解质使加溶量增加，这主要是由于增加了胶团尺寸和聚集数，这主要是由于增加了胶团尺寸和聚集数，因此因此增加增加烃类烃类化合物的增溶程度

21、。化合物的增溶程度。但是，加无机电解质使胶团极性基间的排但是，加无机电解质使胶团极性基间的排斥作用减弱，使斥作用减弱，使极性基排列更为紧密极性基排列更为紧密，导，导致极性有机物可加溶的位置减少，致极性有机物可加溶的位置减少，极性有极性有机物的加溶量降低机物的加溶量降低。Chapter Three295.有机添加剂的影响有机添加剂的影响非极性化合物非极性化合物加溶于表面活性剂溶液中，加溶于表面活性剂溶液中，会使胶团胀大，不太大的烃分子会插入定会使胶团胀大，不太大的烃分子会插入定向排列的表面活性剂分子疏水基间，使胶向排列的表面活性剂分子疏水基间，使胶团变得疏松，团变得疏松，有利于极性有机物有利于极

22、性有机物的加溶。的加溶。与之相反，溶液中加溶了与之相反，溶液中加溶了极性有机物极性有机物，也会，也会有利于非极性有机物的加溶。一般来说，极有利于非极性有机物的加溶。一般来说，极性有机物碳氢链越长、极性越小、越不易形性有机物碳氢链越长、极性越小、越不易形成氢键的，成氢键的，使非极性有机物的加溶量越大使非极性有机物的加溶量越大。Chapter Three30四、四、增溶作用的应用增溶作用的应用乳液聚合乳液聚合：工业上合成丁苯橡胶时，利用：工业上合成丁苯橡胶时，利用增溶作用将原料溶于肥皂溶液中再进行聚增溶作用将原料溶于肥皂溶液中再进行聚合反应（即乳化聚合）；合反应（即乳化聚合）；石油开采石油开采：驱

23、油：驱油胶束溶液：表面活性剂、助剂、油混和，这胶束溶液：表面活性剂、助剂、油混和，这种溶液能溶解原油。种溶液能溶解原油。胶片生产胶片生产：消除胶片上的微小油脂杂质；：消除胶片上的微小油脂杂质；洗涤洗涤：Chapter Three31n一种或几种液体以大于一种或几种液体以大于10-7 m直径的液珠分直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散系统称为乳状液。散系统称为乳状液。n形成乳状液的过程叫乳化。形成乳状液的过程叫乳化。3.2 乳化与破乳作用乳化与破乳作用特征特征：热力学不稳定体系（聚集）和动力学热力学不稳定体系（聚集）和动力学不稳定体系（沉降或漂浮

24、）不稳定体系（沉降或漂浮）。Chapter Three32乳状液中以液珠形式存在的相称为乳状液中以液珠形式存在的相称为分散相分散相（或称内相、不连续相）。另一相是连续的，（或称内相、不连续相）。另一相是连续的，称为称为分散介质分散介质（或称外相、连续相）。（或称外相、连续相）。通常，乳状液有一相是水或通常，乳状液有一相是水或水溶液水溶液，称为，称为水相水相；另一相是与水不相混溶的有机相，；另一相是与水不相混溶的有机相，称为称为油相油相。乳化剂：乳化剂：除水相、油相外，加入的凡可以除水相、油相外，加入的凡可以阻止分散相聚集而使乳状液稳定的第三种阻止分散相聚集而使乳状液稳定的第三种物质。物质。乳化

25、剂的作用乳化剂的作用：降低表面张力，在分散相：降低表面张力，在分散相液滴的周围形成坚固的界面膜。液滴的周围形成坚固的界面膜。Chapter Three33一、乳状液的类型及形成一、乳状液的类型及形成1.乳状液的类型和鉴别乳状液的类型和鉴别基本型基本型O/W内相内相外相外相水包油水包油W/O内相内相 外相外相油包水油包水复合型复合型W/O/W内水相内水相油相油相外水相外水相水包油包水水包油包水O/W/O内油相内油相水相水相外油相外油相油包水包油油包水包油结构分类结构分类Chapter Three34n1.普通乳普通乳(emulsion)：1100 m，乳白色不，乳白色不透明液体。透明液体。n2.

26、亚纳米乳亚纳米乳(subnanoemulsion)：又称亚微乳又称亚微乳(submicroemulsion)，0.10.5 m，常作为，常作为胃肠外给药的载体，如环孢菌素静脉注射胃肠外给药的载体，如环孢菌素静脉注射脂肪乳。脂肪乳。n3.纳米乳（纳米乳（nanoemulsion)：又称微乳又称微乳(microemulsion)，10100nm。Chapter Three35n微乳液微乳液(1959年年Schulman等人等人)n当油和水与相当大量的离子型表面活性剂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及助表面活性剂(例如大小适中的醇例如大小适中的醇)一起混一起混合，可自发地形成透明或

27、半透明的体系，合，可自发地形成透明或半透明的体系，这些体系是非常小的液珠以这些体系是非常小的液珠以OW或或WO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。n微乳液的性质不同于通常的乳液，其液珠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，一般为透明非常小以至于有很低的浊度，一般为透明或半透明的体系。或半透明的体系。n大量的表面活性剂和助表面活性剂的存在大量的表面活性剂和助表面活性剂的存在使油使油-水界面张力降至极低，因此水界面张力降至极低，因此微乳液是微乳液是热力学上的稳定体系。热力学上的稳定体系。Chapter Three36关于微乳液：关于微乳液：n在在

28、乳状液乳状液形成的过程中，尽管表面活性剂形成的过程中，尽管表面活性剂的参与使油的参与使油-水界面张力大幅度下降，但由水界面张力大幅度下降，但由于于CMC或溶解度的限制，使得界面张力无或溶解度的限制，使得界面张力无法达到接近于零，此时在乳状液中仍然存法达到接近于零，此时在乳状液中仍然存在着油在着油-水界面张力，因此水界面张力，因此乳液是热力学上乳液是热力学上的不稳定体系。的不稳定体系。n在乳状液体系中，再次添加性质完全不同在乳状液体系中，再次添加性质完全不同的第二种表面活性剂的第二种表面活性剂( 如大小适中的醇类如如大小适中的醇类如戊醇、己醇和庚醇等，被称为助表面活性戊醇、己醇和庚醇等，被称为助

29、表面活性剂剂 )，就可以使界面张力进一步降低至很小，就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。因此甚至会出现瞬间的负值。因此微乳液微乳液的油的油水界面张力低至不可测，水界面张力低至不可测，是热力学上的稳是热力学上的稳定体系。定体系。Chapter Three37(1)稀释法稀释法 若乳状液很易为水稀释则该乳状液为若乳状液很易为水稀释则该乳状液为O/W型，相反不易相混则为型，相反不易相混则为W/O型乳状液。型乳状液。(2)滤纸润湿法滤纸润湿法 一般滤纸能被水润湿而不为油润湿，因此往一般滤纸能被水润湿而不为油润湿，因此往上滴加少量乳状液，若液体很快展开并留下上滴加少量乳状液，若液体很

30、快展开并留下散落细小油滴，则此乳状液为散落细小油滴，则此乳状液为O/W型乳状液，型乳状液，否则为否则为W/O型乳状液。型乳状液。乳状液类型的鉴别方法乳状液类型的鉴别方法Chapter Three38(3)电导法电导法 电导法的原理基于这样的事实，即一般情况电导法的原理基于这样的事实，即一般情况下水比油的电导值高得多。下水比油的电导值高得多。(4)染色法染色法 染料有油溶性和水溶性之分，前者能溶于油染料有油溶性和水溶性之分，前者能溶于油使之染色，后者能溶于水使之染色。使之染色，后者能溶于水使之染色。Chapter Three39检验水包油乳状液检验水包油乳状液加入水溶性染料加入水溶性染料如亚甲基

31、蓝，说如亚甲基蓝，说明水是连续相。明水是连续相。加入油溶性的加入油溶性的染料红色苏丹染料红色苏丹，说明油是，说明油是不连续相不连续相。Chapter Three40O/W型型乳剂和乳剂和W/O型型乳剂的区别乳剂的区别 O/W型乳剂型乳剂W/O型乳剂型乳剂外观外观乳白色乳白色油状色近似油状色近似稀释稀释可用水稀释可用水稀释可用油稀释可用油稀释导电性导电性导电导电不导电或不导电或几乎不导电几乎不导电水溶性颜料水溶性颜料外相染色外相染色内相染色内相染色油溶性颜料油溶性颜料内相染色内相染色外相染色外相染色Chapter Three412.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)相体积相体

32、积乳状液总体积分散相体积相体积100)(水相体积分数水相体积分数74.02，形成水为外相的形成水为外相的O/W型乳状液；型乳状液；水相体积分数水相体积分数25.98，形成水为内相形成水为内相的的W/O型乳状液；型乳状液；水相体积分数水相体积分数 25.9874.02，形形成成O/W或或W/O型乳状液。型乳状液。Chapter Three42(2).乳化剂的分子结构和性质乳化剂的分子结构和性质-楔型理论楔型理论哈金斯哈金斯认为乳化剂的亲水基和疏水基的横截认为乳化剂的亲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、面积不相等，把乳化剂的分子看做一头大、一头小的楔子，乳化剂横截面积小的一头

33、可一头小的楔子，乳化剂横截面积小的一头可以像楔子一样插入液珠表面，在油水界面上以像楔子一样插入液珠表面，在油水界面上作定向排列，亲水的极性头伸入水相而亲油作定向排列，亲水的极性头伸入水相而亲油的碳氢链则伸入油相。的碳氢链则伸入油相。楔型理论是以楔型理论是以乳化剂的空间结构乳化剂的空间结构为出发点为出发点来确定乳化液的类型的。来确定乳化液的类型的。Chapter Three43n一价金属皂极性头的横截面积大于亲油的碳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，亲油的碳氢链伸入油相作为内相作为外相，亲油的碳氢链伸入油

34、相作为内相，形成相，形成 O/W型的乳液，如图型的乳液，如图(a)所示。所示。Chapter Three44n二价金属皂的亲油基由两个碳氢链组成，亲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，油基的横截面积大于其极性头的横截面积，因此，亲油基伸进油相作为外相，极性基伸因此，亲油基伸进油相作为外相，极性基伸入水相作为内相，形成入水相作为内相，形成 W/O型乳液，如图型乳液，如图(b)所示。所示。Chapter Three45图37乳化剂分子在乳液液滴表面定向吸附示意图（A）一价皂形成的O/W乳状液（B）二价皂形成的O/W乳状液“定向楔定向楔”理论认为乳化剂分子在油

35、水界面的理论认为乳化剂分子在油水界面的定向排列加大界面强度。定向排列加大界面强度。定向楔理论做为一种假说尚存在不足之处，定向楔理论做为一种假说尚存在不足之处，其中之一就是一价金属皂的极性头并不一定其中之一就是一价金属皂的极性头并不一定比非极性尾粗大，因此有许多例外情况。比非极性尾粗大，因此有许多例外情况。Chapter Three46(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/W型乳状液，易型乳状液，易溶于油的乳化剂有助于形成溶于油的乳化剂有助于形成W/O型乳状液。型乳状液。乳化剂在某相中的溶解度越大，表示二者的相容乳

36、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，体系的稳定性也越好。性越好，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/W型乳液的乳化剂；银盐乳化剂虽然极性头截面积型乳液的乳化剂；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，通常只能大于碳氢链截面积，但因水溶性较小，通常只能形成形成 W/O型乳状液。型乳状液。Chapter Three47(4)乳化器材质乳化器材质两不互溶液体在乳化器中搅拌时，两不互溶液体在乳化器中搅拌时，能润湿器能润湿器壁的液体易于附着在器壁上从而形成连续相壁的液体易于附着在

37、器壁上从而形成连续相，即外相，而另一液体则形成内相。即外相，而另一液体则形成内相。按此规律乳化器材质亲水性强则形成按此规律乳化器材质亲水性强则形成O/W型乳型乳状液，否则会形成状液，否则会形成W/O型乳状液。型乳状液。由于玻璃是亲水的而塑料是憎水的，故前由于玻璃是亲水的而塑料是憎水的，故前者易形成者易形成O/W型乳状液而后者易形成型乳状液而后者易形成W/O型乳状液。型乳状液。Chapter Three48(5).两相的聚积速度两相的聚积速度1957年年Davis提出，乳状液的类型取决于两提出，乳状液的类型取决于两种液滴的聚结速度。种液滴的聚结速度。乳化剂亲水性强乳化剂亲水性强油滴聚结慢油滴聚结

38、慢水滴聚结快水滴聚结快 O/W型乳状液型乳状液反之亦然反之亦然Chapter Three49(6). 温度温度温度上升会降低亲水基的水化度，从而降低温度上升会降低亲水基的水化度，从而降低分子的亲水性。因此分子的亲水性。因此低温低温形成的形成的O/W型乳状型乳状液，液，升温升温后，可能转变为后，可能转变为W/O型乳状液。型乳状液。此转型温度为表面此转型温度为表面活性剂亲水亲油性活性剂亲水亲油性质达适当平衡的温质达适当平衡的温度，称为度，称为相转变温相转变温度度(phase inversion temperature)记作记作PIT。图 离子型表面活性剂（A）硬酯酸钠和（B）软酯酸钠浓度与相转变稳

39、定间关系Chapter Three50n(1)液珠粒径与光学性液珠粒径与光学性二、乳状液的物理性质二、乳状液的物理性质n一般乳液的液珠粒径为一般乳液的液珠粒径为0.110m，而可见光，而可见光波长在波长在0.40.6 m之间，所以乳液主要发生之间，所以乳液主要发生反反射射现象，呈现象，呈乳白色乳白色。n如液珠的粒径在如液珠的粒径在0.050.1m，即略小于入射光，即略小于入射光波长时，有波长时，有散射散射现象发生，体系呈现象发生，体系呈半透明状半透明状。n当液珠的粒径为当液珠的粒径为0.05 m以下，即远小于入射光以下，即远小于入射光波长时，会发生光的波长时，会发生光的透射透射现象，体系变为现

40、象，体系变为透明状透明状。实际上当乳液粒径小于实际上当乳液粒径小于0.1m，体系呈半透明或，体系呈半透明或透明时为微乳液。透明时为微乳液。Chapter Three51(2)乳液的黏度乳液的黏度n乳液的黏度受乳液内外相的黏度、内相的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。当内相的相体积分数小于的影响。当内相的相体积分数小于50时，时，乳液的黏度可应用乳液的黏度可应用Einstein公式描述：公式描述： =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； -为分散相的体积分数为分散相的体积

41、分数 Chapter Three52(3)乳液的电性质乳液的电性质n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，OW型乳液的导电性好于型乳液的导电性好于WO型。型。n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。液珠液珠的带电性主要取决于乳化剂的类型，的带电性主要取决于乳化剂的类型，对于对于OW型乳液，型乳液，乳化剂为离子型表面活性剂时，乳化剂为离子型表面活性剂时，疏水基伸入油相，离子头伸入水相而定向排疏水基伸入油相，离子头伸入水相而定向排列于界面上。列于界面上。乳化剂为阴离子型表面活性剂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

42、珠向正极时，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，在电场中油珠向负极移动。带正电荷，在电场中油珠向负极移动。Chapter Three53三、影响乳状液稳定性的因素三、影响乳状液稳定性的因素n1）表面张力）表面张力n2）界面膜的性质）界面膜的性质n3）界面电荷）界面电荷n4）乳状液分散介质的黏度）乳状液分散介质的黏度n5）固体粉末的加入）固体粉末的加入Chapter Three541.表面张力表面张力乳状液是一种热力学不稳定体系。乳状液是一种热力学不稳定体系。低的油低的油-水水界面张力有助于体系的稳定界面张力有助

43、于体系的稳定，通常的办法是，通常的办法是加入表面活性剂，以降低体系界面张力。加入表面活性剂，以降低体系界面张力。例如：煤油与水之间的界面张力是例如：煤油与水之间的界面张力是35-40mN/m，加入适量表面活性剂后，可以降，加入适量表面活性剂后，可以降低到低到1mN/m，甚至，甚至10-3mN/m以下。这时，以下。这时，油分散在水中或水分散在油中就容易得多。油分散在水中或水分散在油中就容易得多。Chapter Three552.界面膜的性质界面膜的性质界面膜的强度和紧密程度是决定乳状液稳界面膜的强度和紧密程度是决定乳状液稳定性的重要因素之一。定性的重要因素之一。为了得到高强度的界面膜和稳定的乳状

44、液：为了得到高强度的界面膜和稳定的乳状液： 1）使用）使用足量足量的乳化剂的乳化剂 2）选择）选择适宜适宜分子结构的乳化剂分子结构的乳化剂Chapter Three56大部分稳定的乳状液都带有电荷。大部分稳定的乳状液都带有电荷。界面电荷来源界面电荷来源: 1)离子型离子型表面活性剂作为乳化剂时，乳状液表面活性剂作为乳化剂时，乳状液液滴必然带电。液滴必然带电。 2)不能发生解离的不能发生解离的非离子非离子表面活性剂，液滴表面活性剂，液滴通过从水相上吸附离子使自身表面带电。通过从水相上吸附离子使自身表面带电。 3)液滴与分散介质发生磨擦，使液滴表面带电。液滴与分散介质发生磨擦，使液滴表面带电。结论

45、：结论：液滴表面的电荷密度越大，乳状液液滴表面的电荷密度越大，乳状液的稳定性越高的稳定性越高。3.界面电荷界面电荷Chapter Three57n乳滴表面电荷的符号与两相的介电常数有关，乳滴表面电荷的符号与两相的介电常数有关，介电常数大的相带正电荷，介电常数小的相介电常数大的相带正电荷，介电常数小的相带负电荷。带负电荷。一般一般 O/W型乳液中的油珠带负电型乳液中的油珠带负电荷，而荷，而W/O 型乳液中的水珠带正电荷。由于型乳液中的水珠带正电荷。由于液珠在相互靠近时就产生电斥力，防止了液液珠在相互靠近时就产生电斥力，防止了液滴聚结，使乳液更加稳定。滴聚结，使乳液更加稳定。n对于非离子表面活性剂

46、，起稳定作用的主要对于非离子表面活性剂，起稳定作用的主要是亲水的聚氧乙烯链水化后所形成的是亲水的聚氧乙烯链水化后所形成的水化聚水化聚氧乙烯的空间位阻作用氧乙烯的空间位阻作用，这一作用，这一作用阻止油珠阻止油珠间的聚结而使乳液稳定。间的聚结而使乳液稳定。Chapter Three58乳状液分散介质的黏度越大，分散相液滴运乳状液分散介质的黏度越大，分散相液滴运动速度越慢，有利于乳状液的稳定。动速度越慢，有利于乳状液的稳定。许多能溶于分散介质中的许多能溶于分散介质中的高分子物质高分子物质常用常用来作来作增稠剂增稠剂，以提高乳状液的稳定性。同，以提高乳状液的稳定性。同时，高分子物质（如蛋白质）还能形成

47、较时，高分子物质（如蛋白质）还能形成较坚固的界面膜，增加乳状液的稳定性。坚固的界面膜，增加乳状液的稳定性。4.分散介质的黏度分散介质的黏度Chapter Three59界面膜的形成与膜强度界面膜的形成与膜强度是影响乳状液稳定是影响乳状液稳定性的主要因素。性的主要因素。对于表面活性剂作为乳化剂的体系，界面对于表面活性剂作为乳化剂的体系，界面张力与界面膜性质有直接关系。随着张力与界面膜性质有直接关系。随着界面界面张力降低张力降低，界面吸附更多，界面吸附更多，膜强度增加膜强度增加，有利于乳状液的形成和稳定。有利于乳状液的形成和稳定。5.固体粉末的加入固体粉末的加入处于油水界面时才能起到稳定作用。处于

48、油水界面时才能起到稳定作用。Chapter Three60四、乳化剂及其选择依据四、乳化剂及其选择依据v表面活性剂类乳化剂表面活性剂类乳化剂v天然乳化剂天然乳化剂v固体微粒乳化剂固体微粒乳化剂v辅助乳化剂辅助乳化剂乳化剂的种类乳化剂的种类Chapter Three61n具有较强的乳化能力：具有较强的乳化能力：能显著降低油水两能显著降低油水两相之间的界面张力，并能在乳滴周围形成牢相之间的界面张力，并能在乳滴周围形成牢固的乳化膜；固的乳化膜；n有一定的生理适应能力：有一定的生理适应能力：无毒，无刺激性，无毒，无刺激性，可以口服，外用或注射给药；可以口服，外用或注射给药；n受各种因素的影响小：受各种

49、因素的影响小：n稳定性好。稳定性好。 选择乳化剂的基本要求选择乳化剂的基本要求Chapter Three621.HLB值法值法HLB可用于衡量乳化剂的乳化效果，是选择可用于衡量乳化剂的乳化效果，是选择选择乳化剂的一个经验指标。选择乳化剂的一个经验指标。HLB将表面活性剂结构与乳化效率之间的关将表面活性剂结构与乳化效率之间的关系定量地表示出来。这种数值主要来自经验值，系定量地表示出来。这种数值主要来自经验值，虽然有时会有偏差，但仍有其实用价值。虽然有时会有偏差，但仍有其实用价值。乳化剂的常用选择方法乳化剂的常用选择方法一般而言，一般而言，HLB8，大都是大都是W/O型乳状液型乳状液的乳化剂。的乳

50、化剂。HLB10，则为则为O/W型乳状液型乳状液的乳化剂。的乳化剂。Chapter Three632.PIT法法PIT指乳状液发生转相的温度，即表面活性指乳状液发生转相的温度，即表面活性剂的亲水亲油性质达到适当平衡的温度，称剂的亲水亲油性质达到适当平衡的温度，称为相转变温度，简写为为相转变温度，简写为PIT。PIT的确定方法的确定方法将等量的油、水和将等量的油、水和3%-5%的表面活性剂制成的表面活性剂制成O/W型乳状液，加热、搅拌，在此期间可采用型乳状液，加热、搅拌，在此期间可采用稀释法、染色法或电导法来检查乳状液是否转稀释法、染色法或电导法来检查乳状液是否转相。相。当乳状液由当乳状液由O/

51、W型变为型变为W/O型时的温度，就是型时的温度，就是此体系的相转变温度。此体系的相转变温度。 Chapter Three64要得到分散度高而且稳定性好的乳状液，对要得到分散度高而且稳定性好的乳状液，对于于O/W型乳状液型乳状液，要在，要在低于低于PIT 2-4的温的温度下配制，然后冷却至保存温度。这样才能度下配制，然后冷却至保存温度。这样才能得到稳定的乳状液。得到稳定的乳状液。对于对于W/O型乳状液型乳状液，配制温度应高于，配制温度应高于PIT 2-4，然后再升温至保存温度。然后再升温至保存温度。PIT与与HLB有近似直线的关系，有近似直线的关系，HLB值越大值越大，则亲水性越强，即转变为亲油

52、性表面活性剂则亲水性越强，即转变为亲油性表面活性剂的温度越高，的温度越高，PIT越高越高，配制的，配制的O/W型乳状型乳状液稳定性也高。液稳定性也高。Chapter Three65乳状液的制备是将一种液体以液珠形式分散乳状液的制备是将一种液体以液珠形式分散到另一种与之不相溶的液体中。到另一种与之不相溶的液体中。在制备过程中会产生巨大的相界面，体系界在制备过程中会产生巨大的相界面，体系界面能大大增加，而这些能量需要外界提供。面能大大增加，而这些能量需要外界提供。制备稳定性好的乳状液，需要采取适当制备稳定性好的乳状液，需要采取适当的乳化方法和乳化设备。的乳化方法和乳化设备。五、乳状液的制备五、乳状

53、液的制备Chapter Three66降低油、水两相表面张力和表面自由能降低油、水两相表面张力和表面自由能制备乳剂时不必消耗更大的能量制备乳剂时不必消耗更大的能量稳定的乳剂稳定的乳剂分散分散分散相分散相乳化剂乳化剂分散介质分散介质放置放置搅拌搅拌乳剂保持一定的分乳剂保持一定的分散状态和稳定性。散状态和稳定性。Chapter Three67n剂在水中法剂在水中法n剂在油中法剂在油中法n瞬间成皂法瞬间成皂法n混合膜生成法混合膜生成法n轮流加液法轮流加液法按照不同的加料方式按照不同的加料方式，常用的乳化方法有以，常用的乳化方法有以下几种：下几种：Chapter Three681.剂在水中法剂在水中法

54、将乳化剂直接溶于水中，在激烈搅拌下将将乳化剂直接溶于水中，在激烈搅拌下将油加入。油加入。此法可直接生产此法可直接生产O/W型乳状液。若继续加型乳状液。若继续加油，体系会发生变型，得到油，体系会发生变型，得到W/O型乳状液。型乳状液。此法常用于此法常用于亲水性强的乳化剂亲水性强的乳化剂，直接制成，直接制成O/W型乳状液比较合适。制得的乳状液颗型乳状液比较合适。制得的乳状液颗粒大小不均，稳定性较差。粒大小不均，稳定性较差。为改善它的性能，常将制得的乳状液用胶为改善它的性能，常将制得的乳状液用胶体磨或均化器进行处理。体磨或均化器进行处理。Chapter Three692.剂在油中法剂在油中法(转相乳

55、化法转相乳化法)将乳化剂加入油相，在激烈搅拌下加入水，将乳化剂加入油相，在激烈搅拌下加入水，水以细小的水珠分散在油中，形成水以细小的水珠分散在油中，形成W/O型乳型乳状液。继续加水至体系发生变型，油由外相状液。继续加水至体系发生变型，油由外相转至内相，得到转至内相，得到O/W型乳状液。型乳状液。此法得到的乳状液颗粒均匀，稳定性好。此法得到的乳状液颗粒均匀，稳定性好。Chapter Three703.瞬间成皂法瞬间成皂法用用皂作乳化剂的乳状液皂作乳化剂的乳状液可用此法制备。将脂可用此法制备。将脂肪酸溶于油中，碱溶于水中，然后在剧烈搅肪酸溶于油中，碱溶于水中，然后在剧烈搅拌下将两相混合，界面上瞬间

56、生成了脂肪酸拌下将两相混合，界面上瞬间生成了脂肪酸盐，得到乳状液。盐，得到乳状液。此法较简单，乳状液稳定性也很好。此法较简单，乳状液稳定性也很好。Chapter Three714.混合膜生成法混合膜生成法使用混合乳化剂使用混合乳化剂，一个亲水，另一个亲油，一个亲水，另一个亲油，将亲水乳化剂溶于水中，亲油乳化剂溶于将亲水乳化剂溶于水中，亲油乳化剂溶于油中。在剧烈搅拌下，将油水混合，两种油中。在剧烈搅拌下，将油水混合，两种乳化剂在界面上形成混合膜。乳化剂在界面上形成混合膜。混合乳化剂如：十二烷基硫酸钠与十二醇，混合乳化剂如：十二烷基硫酸钠与十二醇，十六烷基硫酸钠与十六醇（或胆甾醇）等。十六烷基硫酸

57、钠与十六醇（或胆甾醇）等。 此法制得的乳状液很稳定此法制得的乳状液很稳定Chapter Three725.轮流加液法轮流加液法将水和油轮流加入乳化剂，每次只加少量。将水和油轮流加入乳化剂，每次只加少量。 对于制备食品乳状液如蛋黄酱或其他含菜对于制备食品乳状液如蛋黄酱或其他含菜油的乳状液，此法特别适宜。油的乳状液，此法特别适宜。乳化设备乳化设备对被乳化的体系施以对被乳化的体系施以机械力机械力，使其中的一种，使其中的一种液体被分散在另一种液体中。液体被分散在另一种液体中。 常用的乳化设备有：搅拌器、胶体磨、均化常用的乳化设备有：搅拌器、胶体磨、均化器和超声波乳化器。器和超声波乳化器。Chapter

58、 Three73n搅拌器：设备简单，操作方便，适用于搅拌器：设备简单，操作方便，适用于多种体系，但只能生产较粗的乳状液。多种体系，但只能生产较粗的乳状液。n胶体磨和均化器：制备的乳状液液珠细胶体磨和均化器：制备的乳状液液珠细小，分散度高，乳状液的稳定性好。小，分散度高，乳状液的稳定性好。n超声波乳化器：一般都在实验室使用，超声波乳化器：一般都在实验室使用，在工业上使用成本太高。在工业上使用成本太高。Chapter Three74六六.乳状液的破乳乳状液的破乳有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为性剂，称为破乳剂破乳剂，将乳状液中的分散相，将乳状液中的

59、分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。乳剂将油与水分开。常用的破乳方法有：常用的破乳方法有：物理法破乳物理法破乳化学法破乳化学法破乳Chapter Three751.物理法破乳物理法破乳常用的有常用的有:电沉降、超声、过滤、加热等方法。电沉降、超声、过滤、加热等方法。(1).电沉降法电沉降法用于用于W/O型乳状液型乳状液，如原油的破乳。电沉，如原油的破乳。电沉降法是在高压静电场（电压约数十千伏）降法是在高压静电场（电压约数十千伏）的作用下，使作为内相的水珠聚结；的作用下，使作为内相的水珠聚结；(2).超声法超声法既可用于形成乳状液，也可

60、用于破乳，使用既可用于形成乳状液，也可用于破乳，使用强强度不大度不大的超声波，会发生破乳；的超声波，会发生破乳；Chapter Three76(3).过滤法过滤法是将乳状液通过是将乳状液通过多孔性材料多孔性材料过滤，滤板将过滤，滤板将界面膜刺破，使乳状液内相聚结而破乳；界面膜刺破，使乳状液内相聚结而破乳；(4).加热法加热法简便易行的破乳法，简便易行的破乳法，提高温度提高温度，分子，分子热运动热运动加剧加剧，有利于液珠的聚结，同时，提高温度，有利于液珠的聚结，同时，提高温度会使体系会使体系黏度降低黏度降低，从而降低了乳状液的稳，从而降低了乳状液的稳定性，易发生破乳。定性，易发生破乳。Chapt