乳化剂

    乳化剂 : 两种互不混溶的液 体,一种以微粒 (液滴或液晶) 分散于另一 种中形成的体系称为乳状液。形成乳状液时 由于两液体的界面积增大,所以这种体系在 热力学上是不稳定的,为使乳状液稳定需要 加入第三种组分——乳化剂,以降低体系的 界面能。乳化剂主要是表面活性剂,其主要功 能是起乳化作用。
如果从表面活性剂溶剂起始,加入增溶 物 (如表面活性剂水溶液中加入的油性物 质),则成为增溶体系,如果所形成的胶束与 水的界面张力虽然较小,但是达不到超低 (即大于10^-5N/m),随着增溶物的加入,即 成为乳状液。
表面活性剂的乳化功能,是由于表面张 力下降,吸附性、取向性、成膜性、胶束形 成能力、双电层的粒子斥力等因素,使不混 溶的液体容易生成乳液,而且赋予乳液以稳 定作用。对表面活性剂的乳化功能,如动物胶 及其他蛋白质、卵磷脂、水溶性胶如阿拉伯 胶、藻酸钠、维生素衍生物、淀粉、聚乙烯 醇等水溶性高分子化合物,可部分吸附在分 散粒子的表面,起着胶体保持剂作用,提高 物系的粘度,防止分散粒子的聚结,使乳液 稳定。
影响乳状液稳定的因素有: ①内相的分 散程度;②界面膜的强度;③外相的粘度;④ 相对体积比;⑤两相的密度。单纯以机械能制 备乳状液,得到的分散体系很不稳定,分散 相粒子很快地聚集,最终导致两相分离。
根据二相的分散情形乳状液分为两种: 油分散在水中形成水包油型乳状液,以O/W 表示;水分散在油中形成油包水型乳状液,以 W/O表示。还有复杂的水包油包水型乳状液 (以W/O/W表示) 和油包水包油型乳状液 (以O/W/O表示)。
对乳状液的鉴别有以下5种方法。
(1) 染色法 如在乳状液中加入油溶性 染料,如乳状液态体呈红色,则为W/O型乳 状液;如仅液珠带色,则为O/W型乳状液。
(2) 稀稀法 O/W型乳状液能与水混 溶; W/O型乳状液能与油混溶。
(3) 电导法 O/W型乳状液较W/O型 乳状液电导度大数百倍,通过后者的电路,氖 灯不能发亮。
(4) 滤纸润湿法 此法适于重油和水的 乳状液(除在纸上能铺展的油、苯、环己烷、 甲苯所形成的乳状液)。方法是将乳状液滴于 滤纸上,若液体能快速展开,在中心留下一 小滴油,则为O/W型;若不能展开,则为W/ O型。
(5) 光折射法 利用水和油对光的折射 率的不同来鉴别。令光从左侧射入乳状液,乳 状液粒子起透镜作用,若乳状液为O/W型, 粒子起集光作用,用显微镜仅能观察到粒子 左侧轮廓;若乳状液为W/O型,只能看到粒 子右侧轮廓。
乳化方法主要有以下几种。
(1) 转相乳化法 比如制备O/W型乳 状液,可将加有乳化剂的油类加热,使成为 液体,然后一边搅拌,一边加入热水。此时加 入的水形成细小的颗粒,形成W/O型乳液。 接着继续加水,当水量加到60%时,即转相 成O/W乳状液,余下水可快速加入。
(2) 自然乳化法 比如制备O/W型乳 液,可将乳化剂直接加到油相中,混匀后一 起加到水中,油会自然乳化分散。
(3)机械强制乳化法 机械强制乳化法 包括注口混合法 (将一种液体以极高的速度 注入另一种液体中)、高剪切法(用机械力产 生高剪切作用力,将被乳化物分散撕裂成微 小液滴)、简单混合法(利用过热蒸气产生的 空化效应形成乳化体)、超声波乳化法(利用 超声波产生的空化效应形成良好的乳化体)。
常用的乳化设备有简单搅拌器、胶体磨、 高压阀均质器、用于高粘度物料的刮板式搅 拌机、低粘度用均质搅拌机、分散搅拌机、超 高剪切搅拌机、管道式搅拌器等。
乳化剂多是阴离子表面活性剂和非离子 表面活性剂: ①高级脂肪酸金属盐,如硬脂 酸、油酸的钾、钠、三乙醇胺盐等; ②高级 脂肪醇硫酸酯盐,如十二醇硫酸钠和十六醇 硫酸钠; ③多元醇脂及其衍生物,如单硬脂 酸甘油酯、山梨醇脂肪酸酯系列 [商品名司 盘(span)]及其环氧乙烷,加成物[商品名 (Tween)]、以及庶糖脂肪酸酯等;④聚氧乙 烯醚非离子表面活性剂,其中最主要的是脂 肪醇和环氧乙烷的共聚物以及环氧乙烷和环 氧丙烷嵌断共聚物;⑤天然物质及其改性物, 如天然磷脂、洛朊、明胶,具有增稠作用的 膨润土、水辉石、羧甲基纤维素钠、羟丙基 或丁基纤维素,淀粉的改性物等; ⑥一些极 性有机物,如高级脂肪酸、脂肪醇等可作为 辅助乳化剂。
选择乳化剂时常根据乳化剂亲水亲油平 衡值(HLB值)。作为油包水(W/O)型乳化 剂的表面活性剂的HLB值定为3.5～6.0,而 作为水包油 (O/W) 型的为8～18。
混合乳化剂比单一乳化剂效果更好。选 择混化剂的做法是首先估计被乳化物所需的 HLB值,而后采用逐步逼近法确定一组混合 乳化剂。结果必须不断通过实验验正。在根据 HLB值确定乳化剂时,有以下几条规律。① 多组优选。乳化剂宜兼具乳化和防破乳功能。 乳化和破乳是个动态平衡,亲水亲油失去平 衡,就会发生破乳; ②确定主组分,保证乳 液类型。对于O/W型乳液,以水溶性乳化剂 为主,对于W/O型乳液,以油溶物为主。③ 计算为主,实验为辅。所计算的HLB值只能 给出大致范围,须以实验进行确证。
选择乳化剂还有以下三个规律: ①带电 粒子同性相斥,由阴离子表面活性剂构成的 乳化剂比较稳定; ②疏水基相似相容,乳化 剂的疏水部分与被乳化组分的疏水部分相似 时,有利于乳状液的稳定;③成难散则易,成 易散则难。
表面活性剂作为乳化剂应用非常广泛。 在制备化妆品和液体洗涤剂中,选择乳化剂 和确定乳化工艺占有极重要地位。在创造冷 霜、护肤膏、洗发香波等化妆品时,必须使 用安全性高的乳化剂。
在食品工业上作为制造冰淇淋、蛋黄酱、 人造奶油、起酥油等使用的乳化剂有甘油脂 肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、卵磷脂、硬脂酰乳 酸钙等。
在农药工业中,乳化剂型是重要剂型,广 泛用到对农药稳定和对植物无不良影响的乳 化剂。
在纤维工业中,纤维制造过程中用到的 纺丝油剂、纺纱油剂大多使用乳化剂产品,这 些乳化剂还要求具有润滑性、阻电性、耐热 性等。