ЭМУЛЬСИИ
, дисперсные системы с жидкой
дисперсионной средой и жидкой (реже газовой) дисперсной фазой. Различают
прямые Э.- дисперсионная среда (обычно вода) более полярна, чем дисперсная
фаза (напр., молоко, латексы), и обратные (инвертные) Э.- с менее полярной
дисперсионной средой (маргарин, сырая нефть). Существуют также множественные
Э., в к-рых капли дисперсной фазы содержат в своем объеме более мелкие
капли дисперсионной среды. Э. разделяют на разбавленные (дисперсная фаза
занимает по объему доли %), концентрированные (единицы и десятки %) и высококонцентрированные,
или спумоидные (пенообразные), напр. многие мази, кремы. В таких Э. капли
дисперсной фазы прижаты друг к другу и разделены тонкими эмульсионными
пленками, прямыми или обратными, так что объемная доля дисперсной фазы
может достигать 99% и более (подробнее см. Тонкие пленки
). Важная
характеристика Э.- их дисперсность, точнее функция распределения капель
по размерам. В концентрированных Э. средний размер капель ооычно составляет
от неск. мкм до десятков мкм, тогда как разб. Э. имеют капли в доли мкм
и меньше.
Образование Э.- эмульгирование - может
происходить как в результате конденсац. выделения новой дисперсной фазы,
так и при диспергировании одной жидкой фазы в другой. Диспергирование может
происходить самопроизвольно или в результате мех. воздействия. Самопроизвольное
эмульгирование возможно при очень низких значениях поверхностного натяжения
границы раздела двух жидкостей (менее сотой доли мН/м) и приводит к образованию
термодинамически равновесных критич. Э. (см. Микроэмульсии
). Кроме
того, самопроизвольное эмульгирование может происходить в результате диффузионного
переноса в-в (ооычно ПАВ) из одной фазы в другую. Для мех. эмульгирования
применяют разл. гомогенизаторы и диспергаторы (см. Диспергирование
).
Стабилизаторы Э. Возможность образования
Э., их тип и стабильность определяются поверхностными явлениями на границах
раздела фаз и зависят прежде всего от наличия в системе ПАВ-эмульгаторов,
их концентрации и мол. строения, в частности гидрофильно-липофильного баланса
ГЛБ (см. Поверхностно-активные вещества
). Стабилизаторами прямых
Э. являются водорастворимые ПАВ с высокими значениями ГЛБ (более 8): анионные
(мыла щелочных металлов, натриевые и триэтаноламиновые соли алкилсульфокислот
и алкилфосфорных к-т), неионогенные (твины, этоксилаты спиртов и алкил
фенолов), катионные (алкилимидазолины, четвертичные аммониевые соли), высокомолекулярные
ПАВ как прир. происхождения (лецитины, полисахариды, липопротеины, белки),
так и синтетические (поливиниловый спирт, полиакрилаты и др.).
Для стабилизации обратных Э. используют
мыла переходных металлов, моноалканоламиды, неионогенные ПАВ с низким ГЛБ,
напр, спан-80, этиленоксилаты высших спиртов и к-т. При взаимод. стабилизированных
мылами щелочных металлов прямых Э. с многозарядными ионами может происходить
т. наз. обращение фаз - самопроизвольное превращение прямой Э. в обратную;
при использовании неионо-генных эмульгаторов обращение фаз может происходить
с ростом т-ры.
В трехкомпонентных системах вода-углеводород-неионогенное
ПАВ и в многокомпонентных системах вода (иногда с добавками электролитов)
- углеводород - ионное ПАВ -соПАВ (обычно спирты со средней длиной цепи)
в определенном температурном интервале происходит образование термодинамически
стабильных микроэмульсий, характеризующихся ультранизким межфазным натяжением
на границах раздела между водой и углеводородом.
Нарушение устойчивости Э. связано с протеканием
в системе процессов седиментации, коагуляции
капель, их слияния
(см. Коалесценция
)и диффузионного переноса в-ва от малых капель
к более крупным (оствальдово созревание, изотермич. перегонка, переконденсация).
Седиментация в грубодисперсных Э. может быть прямой или обратной (образование
"сливок") в зависимости от соотношения плотностей жидкостей, служащих дисперсионной
средой и дисперсной фазой. Для предотвращения седиментации проводят дополнит,
дис-пергирование (гомогенизацию) Э. или вводят добавки, выравнивающие плотности
фаз. Устойчивость к коагуляции м. б. достигнута при использовании ионогенных
ПАВ; в случае обратных Э. эффективно применение Fe- и Cr-солей высших жирных
к-т. Практически полное предотвращение коалесцен-ции возможно при использовании
ПАВ, особенно высокомолекулярных, создающих на пов-сти капель структурно-мех.
барьер. Эффективным способом замедления переконденсации Э. является введение
в состав дисперсной фазы добавок, практически нерастворимых в дисперсионной
среде: для прямых Э.- углеводородов с большой мол. массой, для обратных
Э.- электролитов.
Э. широко распространены в природе; это
молоко (капли жира в воде, стабилизированные смесями белков, в осн. казеина,
липопротеинов и фосфолипидов), млечный сок растений, напр. каучуконосов
(см. Латекс натуральный
), нефтяные Э., деэмульгирование к-рых для
освобождения от сильно засоленной воды является важнейшей задачей первичной
переработки нефти. Близки к Э. кровь, а также системы, содержащие липосомы
и микроорганизмы. В пром-сти и технологии Э. используют в процессах эмульсионной
полимеризации, в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей, в виде заменителей
цельного молока, как смазки, составы для консервации, проклеивающие составы
в произ-ве бумаги, аппретуры для улучшения св-в и прокрашивания кожи, препараты
для обработки нитей и тканей. Обратные Э. служат буровыми р-рами при проходке
нефтяных и газовых скважин, для обработки призабойных зон в них; перспективно
использование микроэмульсий для увеличения степени нефтеотдачи пластов.
Разнообразные обратные Э. применяются в виде лекарств. и косметич. мазей
и кремов, пищ. продуктов (напр., маргарин); прямые Э. перфторуглеродных
соед. в воде -перспективные кровезаменители.
Лит.: Эмульсии, пер. с англ., Л.,
1972; Мицеллообразование, солюбилизациа и микроэмульсии, ред. К. Миттел,
пер. с англ., М., 1980.
А. В. Перцов, Б. Е. Чистяков.
|
