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影响乳状液类型的因素

(2016-05-02 12:10:45)
标签:

乳状液类型

“相体积”理论

聚结速率理论

乳化剂分子构型

分类: 油田化学
影响乳状液类型的因素
乳状液是一个复杂的多分散体系,影响其类型的因素很多,早期的理论有:“相体积”理论、聚结速率理论、“定向锲”理论和Bancroft规则。总结起来,主要的影响因素有以下几个方面:
1“相体积”理论
1910年,Ostwald根据立体几何的观点提出“相体积”理论。若分散相液滴是均匀的球形,根据立体几何原理可知,在最密集堆积时,液滴的最大体积只能占总体积的74.02%,其余25.98%为分散介质。一个在理想情况下的均匀乳状液,其液珠占了74.02%的体积。在普通情况下的不均匀乳状液,其液珠被挤成大小形状皆不相同的多面体。若分散相体积大于74.02%,乳状液就发生破坏或变型。如果水相体积占总体积的26%~74%时,两种乳状液均可形成;若水相体积<26%,则只形成W/O型,若水相体积>74%,则只能形成O/W型。
2聚结速率理论
1957年Davies提出了的一个关于乳状液类型的定量理论。这一理论认为,当油、水和乳化剂一起振荡或搅拌时形成乳状液的类型取决于油滴的聚结和水滴的聚结两种竞争过程的相对速度。在搅拌过程中油和水都可以分散成液滴状,并且乳化剂吸附在这些液滴的界面上,搅拌停止后,油滴和水滴都会发生聚结,其中聚结速度快的相将形成连续相,聚结速度慢的相被分散。因此,如果水滴的聚结速度远大于油滴的聚结速度,则形成O/W型乳状液,反之形成W/O型乳状液。如果两相聚结速度相近,则体积分数大的相将构成外相。
3乳化剂分子构型
Harkins在1917年提出“定向楔”理论,乳化剂分子在油–水界面处发生单分子层吸附时,极性端伸向水相,非极性端则伸入油相。若将乳化剂比成两头大小不同的“楔子”(如肥皂分子,其极性部分的横切面比非极性部分的横切面大),那么截面小的一头总是指向分散相,截面大的一头总是伸向分散介质。经验表明:Cs 、Na 、K 等一价金属离子的脂肪酸盐作为乳化剂时,容易形成O/W型乳状液,因为这些金属皂的亲水性是很强的,较大的极性基被拉入水相而将油滴包住,因而形成了O/W型乳状液,见图7–4(a)。而Ca2 、Mg2 、Al3 、Zn2 等高价金属皂则易生成W/O型乳状液,因为这些金属皂的亲水性比较K 、Na 等脂肪酸盐弱。此外,这些活性剂分子的非极性基(共有两个碳链)大于极性基,分子大部分进入油相将水滴包住,因而形成了水分散于油的W/O型的乳状液。
只有定向楔排列才能是最紧密堆积,故一价金属皂得O/W型,而用高价金属皂则得W/O型乳状液。但也有例外,如Ag皂应为O/W型,实际上却得到的是W/O型。
4乳化剂的亲水性
Bancroft提出乳化剂溶解度的经验规则,即Bancroft规则。若乳化剂在某相中的溶解度较大,则该相将易于成为外相。一般来说,亲水性强的乳化剂,其HLB值在8~18之间,易形成O/W型乳状液;而亲油性强的乳化剂,HLB值在3~6之间,易形成W/O型乳状液。乳化剂在油–水界面膜上发生吸附与取向,可能使界面两边产生不同的界面张力,即γ膜-和γ膜-,在形成乳状液时,界面会倾向于向界面张力高的一边弯曲以降低其面积,从而降低表面自由能。因而,γ膜-膜-时得到O/W型乳状液,γ膜-膜-时得到W/O型乳状液。
对于固体粉末作为乳化剂稳定乳状液时(将在7.1.3中详细介绍),只有润湿固体的液体大部分在外相时,才能形成较为稳定的乳状液,即润湿固体粉末较多的一相在形成乳状液是构成外相。所以,当接触角θ<90°时,固体粉末大部分被水润湿,则易形成O/W型乳状液;当θ>90º时,固体粉末大部分被油润湿,则形成W/O型乳状液;当θ=90º时,形成不稳定的乳状液。
 

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