Тема 11. Получение и использование эмульсий Основные определения и термины

Эмульсии – дисперсные системы, в которых дисперсная фаза и дисперсионная среда – жидкости (молоко, млечный сок, латексы и т.д.). Степень дисперсности обычных эмульсий не очень велика: радиус частиц порядка 10^–3–10^–5 см (10^–5–10^–7 м).

Обязательным условием образования эмульсий является практически полная или частичная нерастворимость вещества дисперсной фазы в среде. Отсюда следует, что вещества, образующие различные фазы, должны сильно различаться по своей полярности.

Одной из фаз эмульсий чаще всего является вода (полярная жидкость); другой – может быть любая органическая жидкость (неполярная), не смешивающаяся с полярной: масло, керосин, бензол и др. Полярные жидкости в эмульсиях принято условно именовать “вода” (В), а неполярные жидкости – “масло” (М), независимо от их химической природы. В соответствии с этим эмульсии делят на два типа: 1) масло в воде (М/В), или первого рода (прямые); 2) эмульсии вода в масле (В/М) – второго рода (обратные).

При изменении условий может наблюдаться обращение (инверсия) фаз эмульсий, т.е. один тип эмульсии может переходить в другой: В/ММ/В.

В зависимости от концентрации дисперсной фазы в системе эмульсии делят на три класса: разбавленные – с объемом дисперсной фазы, составляющим сотые доли процента (не выше 0,1 %), концентрированные, у которых объем дисперсной фазы может доходить до 74 % всей системы, и высококонцентри-рованные.

В процессе эмульгирования происходит увеличение поверхности раздела фаз, следовательно, и поверхностной энергии. Поэтому эмульсии обычно термодинамически неустойчивы и требуют специальной стабилизации, т.е. использования специальных веществ – эмульгаторов, противодействующих расслоению эмульсии, т.е. ее разрушению. Эти вещества адсорбируются на поверхности капель, образуя структурированную оболочку. При соударении частиц она не разрушается – эмульсии приобретают устойчивость. Выбор эмульгатора определяется типом эмульсии.

Гидрофильные эмульгаторы (мыла щелочных металлов, белки, водорастворимые высокомолекулярные соединения), лучше растворимые в воде, чем в углеводородах, способствуют образованию эмульсий типа М/В, а гидрофобные (мыла двух- и трехвалентных металлов, кальция, магния, алюминия, каучуки), хорошо растворимые в углеводородах, образуют эмульсии типа В/М (правило Банкрофта).

Эмульсии можно получить методами конденсации или диспергирования. Метод диспергирования заключается в дроблении одной жидкости в другой. Для диспергирования применяют различные мешалки, смесители, гомогенизаторы, коллоидные мельницы, ультразвук. Конденсационные методы (например, метод замены растворителя, взаимной конденсации паров) применяют очень редко.

Тип эмульсии определяют методом разбавления (1), окрашивания непрерывной фазы (2), растекания капли (3).

1. В воду добавляют каплю эмульсии и осторожно встряхивают. Если это эмульсия типа М/В, она равномерно распределяется в объеме воды. Если же эмульсия типа В/М, то ее капля не смешивается с водой.

2. Каплю эмульсии помещают на предметное стекло рядом с несколькими кристаллами водорастворимого красителя (метиленовая синь, метиловый оранжевый) или с каплей его концентрированного раствора. Наклоняя стекло, добиваются соприкосновения красителя и эмульсии. После этого окрашенную эмульсию рассматривают под микроскопом. Если непрерывная фаза окрашена, то это эмульсия М/В. В противном случае опыт повторяют с жирорастворимым красителем (фуксин, судан III), чтобы убедиться что это эмульсия типа В/М.

3. При нанесении капли эмульсии на парафинированную поверхность капля растекается, если дисперсионной средой является масло, и не растекается, если таковой служит вода.

Тип эмульсий можно определить также по ее электропроводности (метод электропроводности). Высокое значение электропроводности указывает на то, что дисперсионной средой является полярная жидкость, а эмульсия относится к типу М/В. Малые значения электропроводности показывают на образование обратной эмульсии (типа В/М).

Устойчивость эмульсии повышают введением в систему стабилизатора (эмульгатора), в качестве которого можно использовать электролиты, ПАВ и высокомолекулярные соединения. Агрегативная устойчивость эмульсий определяется теми же факторами, которые обусловливают устойчивость к коагуляции других лиофобных дисперсных систем. При взбалтывании толуола с водой образуется эмульсия, которая быстро расслаивается. Для придания устойчивости эмульсии ее взбалтывают в присутствии эмульгатора, в данном случае мыла.

На практике иногда бывает необходимо выделить из эмульсии ее составные части, т.е. разрушить эмульсию. К разрушению эмульсии могут привести три процесса: седиментация, коалесценция и инверсия (обращение фаз).

Седиментация – это всплывание или оседание капель дисперсной фазы. При этом не происходит полного разрушения эмульсии, образуются две эмульсии, одна из которых богаче дисперсной фазой, чем другая.

Коалесценция – полное разрушение эмульсии, приводящее к выделению в чистом виде обеих жидких фаз.

Инверсия – превращение эмульсии одного типа в другой путем добавления к ней большого объема эмульгатора другого рода при энергичном перемешивании. При этом дисперсная фаза становится дисперсионной средой, а дисперсионная среда – дисперсной фазой.