Лако-красочные материалы — производство

Агрегативная устойчивость эмульсий может обусловливаться многими факторами устойчивости.. Образование этих систем возможно и путем самопроизвольного диспергирования при оп­ределенных условиях. Так, эмульсии самопроизвольно образу­ются в двухкомпонентной гетерогенной системе (без эмульгато­ра) при температуре смешения, близкой к критической. Как уже отмечалось, гетерогенная система вода — фенол самопро­извольно переходит в термодинамически устойчивую эмульсию при температуре несколько ниже критической (7Кр=66,4°С). В этих условиях межфазное натяжение настолько мало (менее 0,ЫО-3 Дж/м2), что оно полностью компенсируется энтропий­ным фактором. Как известно, таким свойством еще обладают коллоидные ПАВ и растворы ВМС. Сильное понижение поверх­ностного натяжения и увеличение энтропии при добавлении ПАВ (третьего компонента) в систему позволяет получить тер­модинамически устойчивые (самопроизвольно образующиеся) эмульсии и в обычных условиях, а не только при критических

F

J

І температурах смешения. Это свойство эмульсий играет боль­шую роль, например, в моющем действии, резко уменьшающем применение механических средств, и ручного труда.

В термодинамически устойчивых и самопроизвольно обра­зующихся эмульсиях частицы имеют очень высокую дисперс­ность. Большинство же эмульсий являются микрогетерогенны­ми, термодинамическими неустойчивыми системами. При дли­тельном хранении в них происходит слипание, а затем и слияние капель (коалесценция).

Агрегативная устойчивость эмульсий количественно харак­теризуется скоростью их расслоения, или временем жизни от — ( дельных капель в контакте с другими. Чаще пользуются пер­вой характеристикой. Ее определяют, измеряя высоту (объем) отслоившейся фазы через определенные промежутки времени после получения эмульсии. Без эмульгатора устойчивость эмульсии обычно небольшая. Известны методы стабилизации эмульсий с помощью ГІАВ, ВМС, порошков. Так же, как и при стабилизации лиозолей, стабилизация эмульсий с помощью ПАВ обеспечивается вследствие адсорбции и определенной ориентации молекул ПАВ, что вызывает снижение поверхност­ного натяжения и увеличение энтропии. Ориентирование ПАВ в эмульсиях следует правилу уравнивания полярностей Ребин- дера: полярные группы ПАВ обращены к полярной фазе, а не­полярные радикалы — к неполярной фазе. В зависимости от типа ПАВ (ионогенные, неионогенные) капельки эмульсии при­обретают соответствующий заряд или на их поверхности воз — 1 никают адсорбционно-сольватные слои.

Эмульгирующая способность ПАВ характеризуется гидро — фильно-липофильным балансом (ГЛБ) или гидрофильно-оле — офильным соотношением (ГОС). Если ПАВ лучше растворяет­ся в воде, чем в масле, образуется прямая эмульсия м/в, если растворимость его лучше в масле, то получается обратная эмульсия в/м (Правило Банкрофта). Прямую эмульсию дают эмульгаторы с числом ГЛБ, равным 8-^13, а при числе ГЛБ З-ї-6 получаются обратные эмульсии. Эффективность эмульга­тора тем выше, чем больше сродство полярных и неполярных частей его молекул к соответствующим фазам эмульсии. На­пример, наиболее эффективными эмульгаторами для Получения прямых эмульсий углеводородов являются натриевые соли жирных кислот (мыла) с числом углеродных атомов 8—10, а также алкилсульфаты, алкилсульфонаты и др.

Замена эмульгатора может привести к обращению эмульсии. Так, если к эмульсии м/в (например, дисперсная фаза — олив­ковое масло), стабилизированной натриевым мылом, добавлять раствор хлорида кальция, то эмульгатор переходит в кальцие­вую форму и эмульсия обращается, т. е. масляная фаза ста­новится дисперсионной средой. Это объясняется тем, что каль­циевое мыло значительно лучше растворимо в масле, чем в воде.

Стабилизация обратных эмульсий с помощью ПАВ не огра­ничивается факторами, обуславливающими уменьшение поверх­ностного натяжения. ПАВ, особенно с длинными радикалами, на поверхности капелек эмульсии могут образовать пленки зна­чительной вязкости (структурно-механический фактор), а так­же обеспечить энтропийное отталкивание благодаря участию радикалов в тепловом движении. Структурно-механический и энтропийный факторы особенно существенны, если для стаби­лизации применяют поверхностно-активные высокомолекуляр­ные соединения типа полиэлектролитов. Структурно-механиче — ский фактор — образование структурированной и предельно сольватированной дисперсионной средой адсорбционной плен­ки — имеет большое значение для стабилизации концентриро­ванных и высококонцентрированных эмульсий. Тонкие структу­рированные прослойки между каплями высококонцентрирован­ной эмульсии придают системе ярко выраженные твердообраз- ные свойства.

Стабилизация эмульсий возможна и с помощью высокодис­персных порошков. Механизм их действия аналогичен механиз­му действия ПАВ. Порошки с достаточно гидрофильной поверх­ностью (глина, кремнезем и др.) стабилизируют прямые эмульсии. Гидрофобные порошки (сажа, гидрофобизирован — ный аэросил и др.) способны к стабилизации обратных эмуль­сий. Частицы порошка на поверхности капель эмульсий распог лагаются так, что большая часть их поверхности находится в дисперсионной среде. Для обеспечения устойчивости эмуль»- сии необходимо плотное покрытие порошком поверхности кап1- ли. Очевидно, что, если степень смачивания частиц порошка — стабилизатора средой и дисперсной фазой сильно различается! то весь порошок будет находиться в объеме фазы, которая его^ хорошо смачивает, и стабилизации не произойдет.

Установлено, что стабилизации микрогетерогенных эмуль* сий способствует самопроизвольное образование ультрамикро­гетерогенных эмульсий (микроэмульсий) вокруг частиц. Мик* роэмульсии (размер частиц 10—100 нм) образуются вследствие турбулентности в приповерхностных слоях частиц основной эмульсии. Слои капелек микроэмульсий выступают в ролт структурно-механического барьера, замедляющего коагуляцию: основной эмульсии.

/Эмульсии широко распространены как в природе, так т в различных промышленных отраслях. Природными эмульсия* ми являются молоко, сливки, яичный желток, млечный сок- каучуконосов и др. К эмульсиям относятся такие продукты лис­тания, как майонез, маргарин, простокваша, сливочное масло;, соусы. Многие лекарства готовят в виде эмульсий, причем, кэш

Правило, внутрь принимают эмульсии м/в, а наружные средства представляют собой обратные эмульсии.

В химической промышленности с эмульсиями имеют дело при проведении различных синтезов, эмульсии образуются так­же в экстракционных аппаратах, при процессах перемешива­ния. Для получения синтетических латексов используется эмульсионная полимеризация — полимеризация в каплях дис­персной фазы. Эмульсии применяют для получения пористых органических сорбентов, мембран, пленок, покрытий.

В промышленности часто возникает необходимость разру­шить эмульсию. Прямые эмульсии, стабилизированные ионо — генными эмульгаторами, можно разрушить добавлением элект­ролитов с поливалентными ионами. Такие электролиты вызы­вают не только сжатие двойного электрического слоя, но и переводят эмульгатор в малорастворимую в воде форму. Эмульгатор можно нейтрализовать другим эмульгатором, спо­собствующим образованию эмульсий обратного типа. Можно добавить вещество более поверхностно-активное, чем эмульга­тор, которое само не образует прочных пленок. Например, спирты (пентиловый и другие) вытесняют эмульгаторы, раст­воряют их пленки и способствуют коалесценции капель эмуль­сии. Эмульсию можно разрушить повышением температуры, электрическими методами, центрифугированием, фильтровани­ем через пористые материалы, которые смачиваются диспер­сионной средой, но не смачиваются веществом дисперсной фа­зы, и другими способами.