Эмульсия - это смесь веществ. В ней один компонент состоит из мельчайших частиц, нерастворимых в другом. Этот ингредиент называется "дисперсной фазой". Другое вещество – дисперсная среда. В ней распределяется первая составляющая. "Эмульсия" – это термин, имеющий латинское происхождение. В переводе оно обозначает "выдаиваю, дою". Рассмотрим это понятие подробнее.
Общие сведения
Из любых двух жидкостей, которые не смешиваются и не реагируют химически, можно делать эмульсию. Одним из компонентов почти всегда является вода. Другое вещество состоит из слабополярных или нейтральных молекул (например жиры). Первая известная всем эмульсия – это молоко. Здесь частицы жира дисперсируются в воде. Размер мельчайших частиц дисперсной фазы составляет 1-50 мкм, поэтому эмульсии относятся к грубодисперсным системам. Низкоконцентрированные жидкости – неструктурированные. Смеси с высокой концентрацией – структурированные. По термодинамическим признакам нефтяная эмульсия – это нестабильная система. Размеры у капель фазы большие, и смесь будет неструктурированной.
Классификация
Тип получаемой эмульсии зависит от соотношения объемов фаз и их состава, от количества и природы эмульгатора, его химической активности, от способа и метода смешивания.
- Прямые смеси с мельчайшими частицами неполярной и нерастворимой жидкости в полярной фазе (м/в – от выражения «масло в воде»). Для таких смесей можно применять эмульгаторы, которые растворяются в воде, например частицы битума. Их молекулы адсорбируются на поверхностных пленках м-фазы, снижая не только натяжение, но и создавая прочную пленку.
- Обратные (в/м) смеси, для которых применяют нерастворимые в воде эмульгаторы.
Химическое воздействие на эмульсию, давление, изменение состава может привести к инвертированию.
- Лиофильная эмульсия - это смесь, формирующаяся спонтанно, самопроизвольно. Она термодинамически считается устойчивой. Примером могут служить критически стабильные эмульсии при достижении предельной для смешивания фаз температуре. К этой же категории относят смазочные масла и жидкости для охлаждения.
- Лиофобная эмульсия - это смесь, образованная при механическом, акустическом или электрическом смешивании. Термодинамически они крайне неустойчивы. Такие смеси без эмульгаторов долго не существуют. Хорошие компоненты для них: ПАВ, высокомолекулярные, растворимые в воде вещества, твердые тела с высокой дисперсностью.
Получение
Есть две технологии производства эмульсии. Первый - путь мелкого дробления фракций. Второй – процесс пленкообразования с последующим разрывом на мелкие части. В первом варианте вещество медленно добавляется в дисперсную систему. При этом необходимо, осуществляя присоединение, постоянно на большой скорости перемешивать. В этом случае качество смеси будет зависеть от разных факторов. В частности, от скорости перемешивания, введения и объема диспергируемого вещества, его концентрации, температуры и кислотности среды. Второй метод - это процесс, при котором образуется пленка на поверхности другой фазы. Снизу нагнетается воздух. Пузырьки разрывают пленку на мелкие капли и перемешивают весь объем жидкости. В наше время начали вместо воздуха использовать ультразвук. Это вызывает дробление пленки на еще более мелкие части.
Разрушение смесей
С течением времени происходит самопроизвольный распад эмульсии. Бывают случаи, когда необходимо ускорить этот процесс и уменьшить концентрацию соединения. Данная необходимость актуальна, когда наличие высококонцентрированной эмульсии мешает процессу обработки материала или его правильному применению. Ускорить сам процесс уменьшения концентрации раствора можно несколькими способами:
- Химический метод. Применяются реагенты, разрушающие поверхностные пленки самого эмульгатора. При этом отрицательный заряд, концентрирующийся на поверхностной пленке, нейтрализуется. На таком же принципе основывается применение органических добавок БАДов (биологически активных веществ – деэмульгаторов).
- Добавление эмульгатора, вызывающего образование катионов, которые притягивают отрицательный поверхностный заряд и вызывают дестабилизацию поверхностных пленок эмульгатора. Стабильность состояния раствора уменьшается.
- Замещение эмульгатора другим поверхностно-активным компонентом (ПАВом). Он разбавляет концентрацию первого, но сам не образует достаточно прочной пленки.
- Термический метод. При этом методе эмульсию подвергают температурному воздействию, что вызывает ее расслоение.
- Механический метод. Этот вариант называют еще способом сепаратора. Эмульсию медленно закачивают во вращающуюся с большой угловой скоростью емкость. Раствор разрушается на составляющие по весу фракций.
- Метод воздействия электрическим током или добавления в эмульсию электролита. Этим способом разрушают стабилизированные отрицательным зарядом поверхностные пленки смесей.
Применение
Спектр применения эмульсий в промышленности очень широк. В частности, соединения используют:
- При производстве маргарина и масла.
- В мыловарении.
- При изготовлении материалов из натурального каучука.
- В строительстве. Например, битумная эмульсия - это негорючее соединение.
- В сельском хозяйстве: пестициды – различные препараты, уничтожающие вредителей растений.
- Для медицинских целей: изготолвение различных лекарств, мазей, косметики.
- В живописи используют различные эмульсионные краски.
- Косметика для волос, эмульсии, защищающие поверхность волоса при окрашивании. Например, проявляющая эмульсия (это окислитель для краски).
- В нефтяной промышленности используется смесь воды с нефтью, в которой диспергирование одной фазы жидкости в другую происходит мельчайшими капельками – глобулами.
