Получение эмульсии

Получают эмульсии главным образом путем механического диспергирования (встряхиванием, энергичным перемешиванием с помощью миксера или гомогенизатора, воздействием ультразвука), а также путем выдавливания вещества дисперсной фазы через тонкие отверстия в дисперсионную среду под большим давлением. Образующиеся тонкие струи разрываются затем в жидкой среде на отдельные капельки. Наряду с диспергированием применяют также конденсационные методы: замены растворителя и взаимной конденсации паров. На практике чаще используют диспергирование. Большинство эмульсий имеют размер частиц больше 100 нм и их частицы просматриваются в обычном микроскопе. Эмульгирование, как всякое дробление, связано с увеличением поверхности раздела фаз на величину DS. Часть работы, затрачиваемой на образование эмульсий, идет на увеличение свободной поверхностной энергии системы , где - удельная поверхностная энергия (работа образования единицы поверхности) на границе дисперсной фазы с дисперсионной средой. По второму закону термодинамики общий запас свободной энергии DА стремится уменьшиться. Уменьшение DА может происходить в результате двух самопроизводных процессов:

1. За счет уменьшения поверхности раздела фаз () при слиянии отдельных капелек друг с другом, что приводит к постепенному расслаиванию эмульсии на два несмешивающихся слоя.

2. За счет уменьшения на границе раздела двух жидких фаз () при абсорбции различных веществ на границе раздела фаз.

Наличие избыточной поверхностной энергии DА приводит к термодинамической неустойчивости эмульсий. Различают агрегативную и кинетическую устойчивость (неустойчивость) эмульсий. Агрегативной устойчивостью называют способность эмульсий поддерживать постоянную дисперсность. Агрегативная неустойчивость эмульсий проявляется в самопроизвольном образовании агрегатов капелек с последующим слиянием (коалесценцией) отдельных капелек друг с другом, что приводит к разрушению, расслаиванию эмульсии. Кинетической (или седиментационной) устойчивостью называют устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести. Характеристикой кинетической устойчивости эмульсий может служить величина - то расстояние, на котором концентрация частиц убывает в два раза при установившемся седиментационно-диффузионном равновесии. Величина в основном зависит от разности плотностей дисперсионной среды () и дисперсной фазы ( ), а также от массы частицы эмульсии (m) и температуры ( Т ):

где g - ускорение силы тяжести; - число Авогадро.

Потеря агрегативной устойчивости приводит к уменьшению кинетической устойчивости, к расслаиванию эмульсии. Устойчивость эмульсий характеризуют либо скоростью расслаивания эмульсии, либо продолжительностью существования ("временем жизни") отдельных капелек в контакте друг с другом или с межфазной поверхностью. Чтобы получить высокодисперсные и устойчивые эмульсии, в систему добавляют стабилизаторы, называемые в данном случае эмульгаторами. Стабилизирующее действие эмульгатора заключается не только и не столько в снижении удельной поверхности энергии на межфазной границе, сколько в образовании структурно-механического барьера, обеспечивающего устойчивость эмульсии. Прекрасными эмульгаторами являются мыла, ПАВ, глина, мел, сажа и т.д. При эмульгировании твердыми порошкообразными эмульгаторами могут образоваться как эмульсии типа "масло в воде", так и "вода в масле". Решающую роль при этом играют условия смачивания эмульгатора обеими жидкостями. Твердыми эмульгаторами могут служить достаточно высокодисперсные порошки, способные смачиваться как полярной, так и неполярной жидкостями, образующими эмульсию. К таким порошкам относятся: глины, гидрат окиси железа, сажа. При встряхивании полярной жидкости с неполярной в присутствии твердого эмульгатора, его крупинки прилипают к межфазной поверхности, причем большая часть поверхности частиц эмульгатора находится в той жидкости, которая их лучше смачивает. Таким образом, на капельках образуется как бы "броня", предотвращающая их коалесценцию. Понятно, что если твердый эмульгатор лучше смачивается водой (например, каолин), такая "броня" возникает со стороны водной фазы, при этом образуется эмульсия типа "м/в". Если же твердый эмульгатор лучше смачивается неполярным углеводородом (например, сажа), то образуется эмульсия типа "в/м" (рис.1)