Эмульсия

Эмульсии, дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой (реже газовой) дисперсной фазой. Различают прямые эмульсии - дисперсионная среда (обычно вода) более полярна, чем дисперсная фаза (например, молоко, латексы), и обратные (инвертные) эмульсии - с менее полярной дисперсионной средой (маргарин, сырая нефть). Существуют также множественные эмульсии , в которых капли дисперсной фазы содержат в своем объеме более мелкие капли дисперсионной среды. Эмульсии разделяют на разбавленные (дисперсная фаза занимает по объему доли %), концентрированные (единицы и десятки %) и высококонцентрированные, или спумоидные (пенообразные), например многие мази, кремы. В таких эмульсиях капли дисперсной фазы прижаты друг к другу и разделены тонкими эмульсионными пленками, прямыми или обратными, так что объемная доля дисперсной фазы может достигать 99% и более (подробнее см. Тонкие пленки). Важная характеристика эмульсии - их дисперсность, точнее функция распределения капель по размерам. В концентрированных эмульсии средний размер капель обычно составляет от нескольких мкм до десятков мкм, тогда как разбавленные эмульсии имеют капли в доли мкм и меньше.

Образование эмульсии - эмульгирование – может происходить как в результате конденсационного выделения новой дисперсной фазы, так и при диспергировании одной жидкой фазы в другой. Диспергирование может происходить самопроизвольно или в результате механического воздействия. Самопроизвольное эмульгирование возможно при очень низких значениях поверхностного натяжения границы раздела двух жидкостей (менее сотой доли мН/м) и приводит к образованию термодинамически равновесных критических эмульсии. Кроме того, самопроизвольное эмульгирование может происходить в результате диффузионного переноса веществ (обычно ПАВ) из одной фазы в другую. Для механического эмульгирования применяют различные гомогенизаторы и диспергаторы.

Стабилизаторы эмульсии Возможность образования эмульсии , их тип и стабильность определяются поверхностными явлениями на границах раздела фаз и зависят прежде всего от наличия в системе ПАВ-эмульгаторов, их концентрации и молекулярного строения, в частности гидрофильно-липофильного баланса ГЛБ. Стабилизаторами прямых эмульсии являются водорастворимые ПАВ с высокими значениями ГЛБ (более 8): анионные мыла щелочных металлов, натриевые и триэтаноламиновые соли алкилсульфокислот и алкилфосфорных кислот), неионогенные (твины, этоксилаты спиртов и алкилфенолов), катионные (алкилимидазолины, четвертичные аммониевые соли), высокомолекулярные ПАВ как природные происхождения (лецитины, полисахариды. липопротеины. белки), так и синтетические (поливиниловый спирт, полиакрилаты и др.).

Для стабилизации обратных эмульсии используют мыла переходных металлов, моноалканоламиды, неионогенные ПАВ с низким ГЛБ, например, спан-80, этиленоксилаты высших спиртов и кислот. При взаимодействии стабилизированных мылами щелочных металлов прямых эмульсии с многозарядными ионами может происходить так называемое обращение фаз - самопроизвольное превращение прямой эмульсии в обратную; при использовании неионогенных эмульгаторов обращение фаз может происходить с ростом температуры.

В трехкомпонентных системах вода-углеводород-неионогенное ПАВ и в многокомпонентных системах вода (иногда с добавками электролитов) - углеводород - ионное ПАВ -соПАВ (обычно спирты со средней длиной цепи) в определенном температурном интервале происходит образование термодинамически стабильных микроэмульсий, характеризующихся ультранизким межфазным натяжением на границах раздела между водой и углеводородом.

Нарушение устойчивости эмульсии связано с протеканием  в системе процессов седиментации, коагуляции капель, их слияния (см. Коалесценция)и диффузионного переноса вещества от малых капель к более крупным (оствальдово созревание, изотермич. перегонка. переконденсация). Седиментация в грубодисперсных эмульсии может быть прямой или обратной (образование "сливок") в зависимости от соотношения плотностей жидкостей, служащих дисперсионной средой и дисперсной фазой. Для предотвращения седиментации проводят дополнительное диспергирование (гомогенизацию) эмульсии или вводят добавки, выравнивающие плотности фаз. Устойчивость к коагуляции может быть достигнута при использовании ионогенных ПАВ; в случае обратных эмульсии эффективно применение Fe- и Cr-солей высших жирных кислот. Практически полное предотвращение коалесценции возможно при использовании ПАВ, особенно высокомолекулярных, создающих на поверхности капель структурно-механический барьер. Эффективным способом замедления переконденсации эмульсии является введение в состав дисперсной фазы добавок, практически нерастворимых в дисперсионной среде: для прямых эмульсии - углеводородов с большой молекулярной массой, для обратных эмульсии - электролитов.

эмульсии широко распространены в природе; это молоко (капли жира в воде, стабилизированные смесями белков, в основном казеина, липопротеинов и фосфолипидов), млечный сок растений, например каучуконосов (см. Латекс натуральный), нефтяные эмульсии , деэмульгирование которых для освобождения от сильно засоленной воды является важнейшей задачей первичной переработки нефти. Близки к эмульсии кровь, а также системы, содержащие липосомы и микроорганизмы. В промышленности и технологии эмульсии используют в процессах эмульсионной полимеризации, в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей, в виде заменителей цельного молока, как смазки, составы для консервации, проклеивающие составы в производстве бумаги, аппретуры для улучшения свойств и прокрашивания кожи, препараты для обработки нитей и тканей. Обратные эмульсии служат буровыми растворами при проходке нефтяных и газовых скважин, для обработки призабойных зон в них; перспективно использование микроэмульсий для увеличения степени нефтеотдачи пластов. Разнообразные обратные эмульсии применяются в виде лекарственных и косметических мазей и кремов, пищевых продуктов (напр., маргарин); прямые эмульсии перфторуглеродных соединений в воде -перспективные кровезаменители.

Лит.: Эмульсии, пер. с англ., Л., 1972; Мицеллообразование, солюбилизациа и микроэмульсии, ред. К. Миттел, пер. с англ., М., 1980.

©А. В. Перцов, Б. Е. Чистяков.