表面化学第八章.docVIP

第八章 表面活性剂在一些多相体系中的应用 前几章中已经比较充分地阐述了有关溶液表面化学的基本理论。本章将结合实际应用进一步讨论一些常见的涉及溶液表面化学的多相(分散)体系，着重叙述表面活性剂在这些体系中的作用。 8.1 乳状液和泡沫 乳状液和泡沫是典型的液/液和气/液分散体系，在实际过程中有广泛的应用，而表面活性剂在其中扮演了重要的角色。对这两种分散体系已有很详细的研究，特别是对乳状液，已出版了多本专著，如Becher主编的全面论述乳状液的制备、性质、稳定性以及各种应用的“乳化工艺大全”(Encyclopedia of Emulsion Technology)等。限于篇幅，本书只能对有关的内容作简单介绍。上一章中已叙述了有关分散体系稳定性的共性方面，本章将注重讨论乳状液和泡沫体系的个性，尤其是表面活性剂在它们的形成和稳定方面所起的作用。 8.1.1 乳状液 乳状液，亦称乳液，是一种液/液分散体系，最常见的是一个液相为水，另一个液相为油的体系。它们在化妆品，食品，农药，医药，筑路，采油等行业以及乳液聚合，洗涤去污等过程中有重要的应用。对乳状液的研究包括两个完全对立的方面：如何制得稳定的乳状液和如何使一个稳定的乳状液破乳。 8.1.1.1 乳状液的一般性质 Becher给乳状液下了严格的定义： 乳状液是一个多相体系，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种不和它互溶的液体中。液珠直径一般大于0.1微米。此种体系皆有一个最低的稳定度，这个稳定度可因有表面活性剂或固体粉末的存在而大大增加。 这个定义包括了以下几点内容： 1，乳状液是多相体系，至少有两相 2，乳状液至少有两个液相 3，这两个液相必须互不相溶 4，至少有一个相分散于另一个相中 5，规定了液珠的大小 6，乳状液是热力学不稳定体系，通过加入第三组分可增加其稳定性。 以液珠形式存在的相称为分散相，另一相则称为连续相。这样对油和水两个液相形成的乳状液就有两种类型：水包油型(O/W)和油包水型(W/O)。前者为油分散在水中，如牛奶；后者为水分散在油中，如原油乳状液。分散相的浓度通常用分散相占整个乳液的体积分数?来表示，也称相体积。 乳状液的液珠大小为0.1~10?m，对可见光的反射比较显著。因此乳状液显示出不透明、乳白色的外观。如果乳状液的液珠大小皆相同，称之为单分散体系，反之则称为多分散体系。采用特殊的乳化技术可以制得前者，但实际乳状液多为后者。乳状液的质点大小和分布可通过各种平均直径(见第七章)来描述。由于热力学上的不稳定性，液珠大小和分布通常随时间而变化，即平均直径变大，分布变宽。当然也有分布随时间变得更为均匀的体系。 稀乳液显示出牛顿型流体的流变学特性。当乳化剂通过吸附形成凝聚膜时，液珠具有刚性，因此稀乳液的粘度可用Einstein公式(7-17)来描述。但当?较大时，乳状液将变成非牛顿型流体，通常先变成假塑流型，然后在很高的?时变成塑流型，并显示出粘弹性(图8-1)，Einstein公式出现明显的偏差。后来发展的表示高?下乳状液粘度的公式有多种，但都可以还原为下列幂级数形式： (8-1) 常用的还有Hatschek修正公式： (8-2) 式中h为校正系数，对多分散O/W型乳液，h接近1.3；?0为连续相的粘度，但随着乳化剂的加入，特别是高分子作为乳化剂时，?0将发生变化。液珠直径越小，对粘度的影响越大，可能是吸附膜的溶剂化效应(见第七章)所致。 乳状液的电性质有电导和电泳。电导主要取决于连续相。由于油和水的电导率差异很大，因此通过电导测量易于判断乳液是O/W还是W/O型。当使用离子型乳化剂时，液珠表面带电，因而能发生电泳。据此可测出液珠的?电位，它与乳状液的稳定性密切相关。 图8-1 乳状液的流变特性 8.1.1.2 乳状液的形成 制备分散体系通常有两种途径，即分散途径和凝聚途径。分散途径是用搅拌或超声波等方法使两个流动的体相充分混合，最终使得一相分散在另一相中。这是制备乳状液的主要方法，过程中涉及到复杂的流体力学。凝聚法通过某种措施(如改变温度、压力或浓度)使一个均相体系处于过饱和状态，再通过改变外部条件使过饱和状态消失，新核随之形成并增长，最终形成分散体系。例如打开的啤酒瓶会自动冒出气泡。不过这一方法很少用于制备乳状液。 乳状液的形成导致体系界面面积?A的大大增加，从而