Получение и общие свойства эмульсий. Деэмульгирование.

       Эмульсии –  это микрогетерогенные системы, состоящие из двух практически взаимно нерастворимых жидкостей; одна из жидкостей является полярной, например вода, вторая – неполярной или малополярной, например бензол, бензин, керосин, анилин, растительное масло и иные, в общем случае называемые маслом. На практике чаще всего встречаются водные эмульсии, то есть эмульсии, в которых одной из двух жидкостей является вода.

      Типы эмульсий:

1) масло в воде ( м / в ) – прямая эмульсия, где масло является дисперсной фазой, а вода – дисперсной средой;

2) вода в масле ( в / м ) – обратная эмульсия, где вода является раздробленной в виде капелек дисперсной фазой, а масло – дисперсной средой.

Существуют также множественные эмульсии, в которых капли дисперсной фазы содержат в своем объеме более мелкие капли дисперсионной среды.

Эмульсии широко распространены в природе; это молоко (капли жира в воде, стабилизированные смесями белков, в основном казеина, липопротеинов и фосфолипидов), млечный сок растений, напр. каучуконосов, сырая нефть.

      Получение эмульсии – эмульгирование: две несмешивающиеся жидкости подвергают процессу эмульгирования, состоящему в том, что механическим встряхиванием, разбиванием особыми лопастными мешалками или продавливанием через узкие щели одну жидкость (дисперсную фазу) разбивают на мелкие капли в другой жидкости (дисперсная среда). Для получения особовысокодисперсных эмульсий применяется ультразвуковой метод. При этом не зависимо от применяемого метода, значительно возрастает поверхность раз­дела жидкостей, в поверхностном слое действуют силы повер­хностного натяжения и поэтому отдельные капельки стремятся укрупниться, в результате чего уменьшается свободная энер­гия. Это приводит к разрушению эмульсии. Чтобы придать эмульсии стойкость, применяют эмульгаторы. Это веще­ства, которые либо уменьшают поверхностное натяжение, либо образуют вокруг капелек раздробленной жидкости (масла) защитные пленки. Эмульгаторы бывают двух типов: порошкооб­разные и молекулярные.

Порошкообразные эмульгаторы — это тонкие порошки горчицы, молотого перца и других продуктов, кото­рые на границе раздела двух жидкостей создают защитный слой и мешают капелькам слипаться. Порошкообразные эмуль­гаторы используют при получении малостойких эмульсий (зап­равки на растительном масле).

Молекулярные эмульгаторы (стабилизаторы) — это вещества, молекулы которых состоят из двух частей: длинных углеводородных цепей, имеющих сродство с жиром, и по­лярных групп, имеющих сродство с водой. Молекулы располагаются на поверхности раздела двух жидкостей так, что угле­водородные цепи направлены в сторону жировой фазы, а полярные радикалы — в сторону водной. Таким образом, на по­верхности капелек эмульсии образуется прочная защитная пленка. Эти эмульгаторы (вещества, содержащиеся в яичных жел­тках и др.) используют при приготовлении стойких эмульсий, например соуса майонез и голландского.

Основные свойства эмульсий:

По своим свойствам, в первую очередь по агрегатной устойчивости, эмульсии делятся на группы:

– эмульсии разбавленные, в которых капельки не способны взаимодействовать между собой (концентрация меньше 0,1%),

– эмульсии концентрированные, в которых капельки могут взаимодействовать, но остаются недеформированными, т.е. сохраняют сферическую форму (объемная концентрация от 0,1% до 74,02 %)

– эмульсии высококонцентрированные, выше 74% капельки дисперсной фазы деформируются, они принимают пентаэдрическую форму, подобную газовым пузырькам в пенах, и поэтому высококонцентрированные эмульсии часто называют пенообразными или спумоидными.

Важная характеристика эмульсий - их дисперсность, точнее функция распределения капель по размерам. В концентрированных эмульсиях средний размер капель обычно составляет от нескольких мкм до десятков мкм, тогда как разбавленные эмульсии имеют капли в доли мкм и меньше.

Стабильность эмульсии при замерзании и оттаивании.

Стабильность эмульсий при повышенных температурах.

Вязкость;

Электрические свойства эмульсий и свойства адсорбционных слоев.

Разрушение эмульсий происходит в результате нарушения строения адсорбционных слоев стабилизатора или при снижении их стабилизирующей способности. Часто разрушение эмульсии происходит в результате недостаточной кинетической устойчивости, связанной с размером капелек. В последнем случае разрушение происходит в два этапа.

На первом этапе эмульсия разделяется на две – концентрированную и разбавленную. Концентрированная эмульсия (сливки) всплывает или осаждается в зависимости от плотности дисперсной фазы, если размер капель достаточно велик, чтобы преодолеть броуновское движение.

На втором этапе крупные капли при сближении проявляют вандерваальсово притяжение, часто преодолевающее структурно-механический барьер стабилизирующего слоя. В результате этого происходит коалесценция. Таков механизм самопроизвольного разрушения эмульсий.

Преднамеренное разрушение эмульсий связано, как правило, с разрушением адсорбционных слоев стабилизатора, в результате чего исчезает препятствие, сдерживающее коагуляцию (коалесценцию).

На практике используют следующие методы:

1. Деэмульгирование. В эмульсию вводят такое вещество, которое обладает высокой поверхностной активностью и вытесняет молекулы стабилизатора с поверхности раздела фаз, но неспособное к образованию механически прочного гелеобразного слоя. В результате при столкновении капель происходит разрушение такого слоя и слияние капель. К деэмульгаторам относят вещества с неразвитым углеводородным радикалом и маленькой полярной частью - например, низшие спирты или их эфиры с окисью этилена. Этот метод часто используют для удаления воды из нефти.

2. Химическое разрушение связано с химическим изменением стабилизатора, например, при введении кислот.

3. Тепловое разрушение эмульсии основано на понижении адсорбционной способности стабилизатора и прочности структуры адсорбционного слоя при повышении температуры.

4. Электрофорез. Если капли эмульсии стабилизированы за счет образования двойного ионного слоя, то такую эмульсию можно разрушить с помощью электрического тока. Происходит электрофорез, капли разряжаются на соответствующем электроде, что приводит к их коалесценции.

5. Механическое воздействие – сепарация, центрифугирование, ультразвук – связано с механическим удалением адсорбционного стабилизирующего слоя и коалесценции лишенных защиты капель или с приданием каплям такой кинетической энергии, которая превышает потенциальный барьер коалесценции.

6. Разрушение эмульсий с помощью фильтров, хорошо смачивающихся дисперсионной средой, но не смачивающихся внутренней – дисперсной фазой, остающейся на фильтре.

7. Инверсия фаз. Введение веществ, изменяющих растворимость стабилизатора, способствует переходу его молекул с поверхности раздела в объем фаз.

                                       № 58