绪论
本书从基础理论和实用工艺的角度对乳状液科学及其相关技
术、乳状液的研究现状进行分析与讨论。全书共分十二章,试图从
科学理论来系统地阐明乳状液形成、稳定、破坏的基本原理,用以
指导实际中的乳状液研究工作。
本书首先在第一章中对经典的乳状液体系及其相应的破坏过
程做了一般性的介绍。乳状液的破坏过程包括了乳状液的分层、
沉降、絮凝、熟化、聚结和反相等。由于上述破乳过程可以是相继
发生,也可以是在同一时刻共存,因此关于这些过程的基础理论及
实际应用等方面的研究就变得复杂和困难起来。尽管如此,乳状
液体系在工业方面的应用在近年来仍然得到了巨大的发展。乳状
液体系最广泛的用途是在食品工业中,其次是在化妆品工业、采油
工业、农用化学品工业以及制药工业方面。传统上乳状液也被用
于油漆涂料工业、道路建设(沥青乳液)和洗涤日用化学工业等方
面。而所谓微乳液则是指一类与普通乳状液既有密切联系而又有
明显区别的一类液液分散体系。
第二章将从液液界面的基础出发,介绍乳状液体系的物理化
学,并讨论了表面活性剂和大分子化合物在液液界面上的吸附及
其在界面上的紧密分布和定向排列对乳状液稳定性的重要作用。
而后描述乳状液形成和破坏的热力学,分析了乳化过程这一热力
学非自发过程,并对如何通过设置能垒来减少絮凝和聚并过程进
行了阐述。乳状液液滴之间的相互作用可由三部分组成:范德华
吸引力、双电层之间的排斥力和由于吸附表面活性剂或大分子而
形成的空间位阻效应。把这三类相互作用力结合起来,就可形成
三种能量分子间距的曲线,并由此来解释乳状液体系的稳定性和
不稳定性。
第三章介绍了乳状液的形成,其中把乳化剂作为第三组分加
入油水体系中作为稳定乳状液的必要成分来讨论。乳化剂通常
是由离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两亲正负离子表面活性
剂和高分子表面活性剂或者聚电解质组成。制备一个稳定的乳状
液通常需要两种或两种以上的乳化剂复配使用才能达到好的效
果。乳化过程是一个复杂过程,通常此过程同时还伴随着诸如絮
凝、聚结、多乳状液的形成及相变等过程。由于需要非常专门而复
杂的技术和仪器来跟踪和监视这些过程,加之这一反应过程本身
又进行得很快,因此这方面的科学研究进展相对较慢。不论是界
面的宏观性质,还是各种微观界面现象都需要进一步地理解和认
识。在这一研究课题中,还需要了解在动力学及平衡态条件下,热
力学参量如界面张力(界面压力)、表面活性剂或大分子化合物的
吸附等知识。界面流变学如界面黏度和界面膜的黏弹性对乳化过
程的影响也是有待进一步研究的工作。从本体溶液中形成液滴,
可以通过施加机械能而使其界面发生变形来形成。对这一过程的
理解仍需更多地研究。
乳化过程需要的能量远远超过产生界面所需的能量。这是由
于在形成曲面的过程中需要克服拉普拉斯( )压力的缘故。
其他一些过程,如成膜过程、平面界面的扰动和破坏以及柱面界面
的扰动和破坏也需要进一步地研究。乳化剂在形成乳化液滴过程
中主要起着五个作用,即:减少界面张力;影响界面膨胀黏弹性和
膨胀黏度;形成界面张力梯度;减少乳化过程中的聚并;以及由瑞
利、泰勒效应和开尔文效应导致界面的不稳定性。因此,如何恰当
地选择乳化剂对乳化过程和乳化后形成的乳液的稳定性都是十分
重要的。在此类研究中,只有一些诸如值(亲水亲油平衡值)
和(相转变温度)等经验性的规律可以用来做参考。在第三章
中将介绍一个有发展前景的评估乳化剂的概念值,即黏
附能比。它是将乳化剂在界面两侧对油相和水相的分子间吸引力
之比( 概念)与稳定性参数及的氢
键理论结合起来而得到的。此概念对乳化剂的选择提供了更好的
参数( 依据)。
第四章讨论了在重力超过热运动(布朗运动)时出现的乳状液
体系的分层( )和沉降( )现象。对于极稀的
乳状液体系,可以用方程来计算乳状液分层和沉降的速
率。对于较浓的乳状液体系,由于乳状液液滴之间的相互作用,分
层和沉降速率成了分散相体积分数的函数。在对分层和沉降
的理论计算中,通常只考虑流体动力学方面的作用,可用的公式只
适用于体积分数小于或等于的情况。在值比较大的场
合下,只能采用经验性的公式来处理。为了防止乳状液的分层和
沉降的发生,我们一方面可以采用降低分散相和被分散相之间的
密度差来解决,另一方面可以通过加入增黏剂来增大介质相(连续
相)的黏度来减缓分层或沉降的速率。后一种方法不仅可以增大
体系的黏度,同时由于高分子增黏剂形成了一个具有弹性的网状
结构可以阻止乳状液的分层和沉降。除此之外,还可以用控制絮
凝和耗散絮
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