第三章乳化.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流第三章 乳化.精品文档.第三章 乳化一、教学内容 1乳化体系2乳化理论3乳化技术二、教学目的和要求1掌握乳化体系的构成成分及类型2了解乳化体类型的辨别方法 3掌握3种 乳化技术4了解乳化的相关基本设备类型三、教学重难点1乳化的机理 2乳化技术运用 3乳化过程中HLB值是计算及应用四、教学学时：6五、教学内容：作为人们日常使用化学品的化妆品，其种类繁多，其形态也四各种各样，有水溶液、悬浮体、气溶胶、乳化体等，乳化体是化妆品中最广泛的剂型，从水样的流体到粘稠的膏霜等。它主要是将一种或几种液态物质分散与另一种液态物质所形成的分散系。因此，乳状液的讨论对化妆品的研究和生产及保存和使用有着极其重要的意义。本章就主要介绍乳化的相关理论知识，为各种化妆品的配制打基础。第一节 乳化体系一、乳化体系的构成1定义：乳化体（或称乳状液）是一种（或几种）液体以液珠形式分散在另一不相混容的液体之中所构成的分散体系。 分散相（内相）：0.1m10m2乳化体系 连续相（外相） 乳化剂（表面活性剂） 分散相液珠直径约在0.110m，故乳状液是粗分散体系的胶体。因此，稳定性较差和分散度低是乳状液的两个特征。两个不相混容的纯液体不能形成稳定的乳状液，必须要加入第三组分（起稳定作用），才能形成乳状液。例如，将苯和水放在试管里，无论怎样用力摇荡，静置后苯与水都会很快分离。但是，如果往试管里加一点肥皂，再摇荡时就会形成象牛奶一样的乳白色液体。仔细观察发现，此时苯以很小的液珠形式分散在水中，在相当长的时间内保持稳定，这就是乳状液。这里称形成乳状液的过程为乳化。而称在此过程中所加入的添加物（如肥皂）为乳化剂。  3类型（1）O/W：水包油（油相在乳化剂作用及一定工艺下分散于水相得到的乳化体）e.g.蜜、乳液 （2）W/O：油包水 e.g.防晒霜（3）复合：O/W/O、W/O/W（将一个W/O的乳状液分散到连续的水相中）（趋势） 油水两相不一定都是单一组4分散相粒子大小与外观的关系 微粒直径（m） 外观 >1.0m 0.11.0m 0.050.1m <0.05m 乳白色 蓝白色 灰白色半透明 透明 乳化体的外观一般常呈乳白色不透明液状，乳化体之名即由此而得。乳化体的这种外观是与分散相粒子之大小有密切关系。 由胶体的光学性质可知，对一多分散体系，其分散相与分散介质的折光率一般不同，光照射在分散微粒（液滴）上可以发生折射、反射、散射等现象。当液滴直径远大于入射光的波长时，主要发生光的反射（也可能有折射、吸收），当液滴直径远小于入射光波长时，则光可以完全透过，这时体系呈透明状。当液滴直径稍小于入射光波长时，则有光的散射现象发生，体系呈半透明状。一般乳状液的分散相液滴直径的大小大致在0.110m（甚至更大）的范围，可见光波长为0.400.76m，故乳状液中的反射较显著，因而一般乳状液是不透明的乳白色液体。这就是乳状液的微粒大小与外观之关系。对于液滴的直径在0.1m以下的液液分散体系，其外观是半透明的和透明，而不呈乳液状，常称为“微乳状液”，它的性质与乳状液有很大不同。二、乳化体类型的判断（书151）1染料法：将乳化体涂抹在表面皿上1.6mm厚，面积约6.5cm2的薄膜，在不同位置分别撒上研磨好的油溶性染料和水溶性染料，若油溶性染料扩散则是（油包水），若水溶性染料扩散则是（水包油）2冲洗法：油包水不易混合3比较乳化体是易与矿物油混合还是水混合4导电法：若亮：水包油注意：若溶液是电介质也会亮（此法特殊）5吸水纸：吸水纸不湿润是油包水三、乳化体稳定性测定（书154）1颗粒大小分布与时间的关系颗粒大小分布与时间关系是乳化体稳定的重要指数（1）离心加速老化法（2）浊度法2热稳定性3电学测定第二节 乳化理论二、乳化剂通过前面的内容，我们了解到乳化剂是得到相对稳定的乳化体的一个重要的因素，它是表面活性剂的一种。（一）表面活性剂分子结构与其性质和作用的关系（二）乳化剂的选择乳化剂是乳状液赖以稳定存在的关键，大多乳化剂为各种类型的表面活性剂。但并非表面活性剂都适合做乳化剂，所以在制备乳状液时如何选择乳化剂就成为一个关键问题。实际生产中对乳化剂的选择有多种方法和原则，其中使用HLB值选择乳化剂有直观方便的优点,几十年来一直被作为选择乳化剂的重要依据和手段。1HLB值的意义（1）含义：即亲水亲油平衡值，表示表面活性剂分子中亲水基的亲水性和亲油基的亲油性之比。（2）内容：表面活性剂的HLB值均以石蜡的HLB0，油酸的HLB1，油酸钾的HLB20，十二烷醇硫酸钠盐的HLB40作为参考标准（值小亲油；值大亲水）。因此表面活性剂的HLB总处于140之间。 非离子表面活性剂HLB在120之间，阳离子和阴离子HLB为1402表面活性剂的水溶液状态外观、范围及其应用不同HLB值的水溶液外观及应用HLB范围水溶液外观 14   不分散36不良分散68搅拌后乳状分散810稳定乳状分散1013半透明至透明1320透明液HLB范围用途1.53.0消泡剂36W/O79润湿剂818O/W1315洗涤剂1618增溶剂1217分散剂HLB只能在配制乳液时候，确定所形成的乳液类型，而不能说明乳化能力的大小。增加乳化剂，乳化能力会增加，达到某一点，再增加用量也不能增强乳化效果，过量还会引起不稳定和皮肤刺激。3HLB的加和性在实际配方中，往往会使用2种或多种乳化剂，不同HLB值的乳化剂混合使用后的HLB值等于组成混合物各种乳化剂的加权平均值，即：HLBHLBi *PiPi为表面活性剂i在混合物中所占的质量分数（只适用于非离子表面活性剂）4油相所需要的HLB值对于指定的油水体系，存在一个最佳HLB值，此时乳化剂的HLB便是油水体系所需要的HLB值制备W/O型乳化剂各种油脂所需要的HLB值油相所需的HLB值油相所需的HLB值蜂蜡46十八醇7棉籽油6石蜡4油酸711凡士林46制备O/W型乳化剂各种油脂所需要的HLB值油相所需的HLB值油相所需的HLB值亚油酸16蓖麻油酸16月桂酸16油酸17硬脂酸17异硬脂酸1516月桂醇14十六醇1216油醇14十八醇1516棕榈酸异丙酯12硬脂酸丁酯11甘油单硬脂酸酯13羊毛酸二异丙酯13二甲基硅氧烷9甲基硅氧烷11甲基苯基硅氧烷7棉籽油6凡士林78霍霍巴油67聚乙烯钠15蜂蜡9124HLB值的计算（书121）自从1949年Griffin提出HLB值以来，众多的研究工作者通过试验探究表面活性剂各种理化性质和HLB值之间的关系，现介绍几类常见的公式（1）按亲水亲油基团的质量分数计算 聚乙二醇、多元醇型非离子型SAAHLB亲水基质量/(亲水基质量憎水基质量) ×100/5 多元醇脂肪酸酯 HLB20（1S/A）S为酯的皂化值，A为酸的酸值（皂化值表示在规定条件下，中和并皂化lg物质所消耗的氢氧化钾毫克数。皂化值是酯值与酸值的总和） 对于皂化值难测的羊毛脂衍生物之类 HLB （EP）/5E为氧乙烯的质量分数，P为多元醇的质量分数（2）按分子基团的结构数值计算考虑了不同表面活性剂的结构因素，分别计算表面活性剂中亲水基和亲油基各构成细节部分对亲水性和亲油性的贡献得到一个代数和就是HLB值：HLB=7+(亲水基的基数)+(每一CH2基团数值)该方法适用于计算阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的计算指标（3）按其在水中的溶解度算水溶液外观 不分散 不良分散 搅拌后乳状分散 稳定乳状分散 半透明至透明 透明液 HLB值       14       36     68             810         1013     13205乳化剂的选择原则（1）由乳化体类型选择型比如O/W，大于6为主，小于6为辅（2）乳化剂（混合）的用量：110（所有原材料）（3）经验公式：乳化剂质量/（油相质量水相质量）1020范围为宜（4）相似相溶（5）乳化剂对 比如Span（山梨糖醇酐硬脂酸酯）和Tween（聚山梨醇酯）6HLB的应用（1）混合乳化剂的加和性计算 制备O/W型美容霜用20Span-65（HLB为2.1）和80Tween-60（HLB为14.9），计算混合后的HLB值。混合HLB20/(2080) ×2.180/(2080) ×14.912.3混合乳化剂有甲、乙、丙三种，它们对应的HLB值分别是8、14、16，其用量为3、0.5、0.5，问：混合物的HLB值。 混合HLB=3/(30.50.5) ×80.5/(30.50.5) ×140.5/(30.50.5) ×16=9.75（2）油相被乳化所需要的HLB值制备W/O型美容霜，蜂蜡5（所需HLB5），羊毛脂18（8），白油26（4），求混合HLB值。 HLB5/(5+18+26) ×518/(5+18+26) ×826/(5+18+26) ×45.6查资料可知道相对应的SAA（3）配方中HLB的计算和乳化剂的选择某化妆品配方如下：组分含量%油相所需白油3535/37=94.6%×12=11.4羊毛脂11/37=2.7%×10=0.3鲸蜡醇11/37=2.7%×15=0.4（全部油相）37(计算得乳化油相所需HLB=12.1)乳化剂7水56由上计算表示乳化体为O/W型，而所需要的乳化剂需提供12.1的HLB值。若采用单油酸山梨酯（HLB为4.3）和聚氧乙烯单油酸缩山梨酯（HLB为15）为配方中的复合乳化剂，问两者用量各为多少？则4.3x15（1-x）=12.1解方程得X=0.27（单油酸山梨酯0.27×7=1.89%）1-x=0.73（聚氧乙烯单油酸缩山梨酯0.73×7=5.11%）（4）乳化剂的加入量配方中的油相：白油15%，蜂蜡4%，全部油相19% ，1) 若白油的hlb值为10, 蜂蜡14，则油相需要的hlb值为：(10×15 + 4×14)/(15 + 4) 10.8 2) 假设我们加入乳化剂的量是5%，那么可以根据经验公式：乳化剂质量 / (油相质量 + 乳化剂质量) 1020%来判断。所以：5/(5+19) = 20.8%结论：多了加入：4% 则4/(4+19)=17.4%结论：可以3) 加入什么乳化剂呢? 来算一下如果我们用吐温-80, 和司盘-80设吐温为x%，那么司盘就是(4 - x)%，再跟据两者混合物的hlb值要为上面的10.8，计算：15×x + 4.3×(4-x)/4 = 10.8可以知道：x 2.4%4-x 1.6%所以吐温为2.4%，司盘就是1.6% 4) 水相 采用丙二醇5%(可以用提取液) + 水的的配方；O/ W型第三节 乳化技术乳状液的制备在确定其合理的配方后，其乳化技术也是极其重要的。化妆品的制备主要是混合技术。虽然混合技术比较单纯，但作为化妆品，要求有多种功能和性质，要制备出性质优良和稳定的乳状液等化妆品，并不是一件简单的事。一、两相制备技术 乳状液是由水相和油相所组成的，乳状液的制备一般是先分别制备出水相和油相，然后再将它们混合而得到乳状液。 1水相的制备 按照配方，将水溶性物质如甘油、胶质原料等尽可能溶于水中。制备水相的温度，在很大程度上取决于油相中各成分的物理性质，水相的温度应接近油相的温度，如低于油相的温度。不宜超过10。 2油相的制备 根据配方，将全部油相成分一起溶解于一容器内，如油相成分中有高熔点的蜡、脂肪酸、醇等，则这时需要加热，融化油性成分，使其保持液体状态。另若油相溶液在冷却时，趋于凝固或冻结，则这时应使油相的温度保持在凝固温度以上至少10，以使油相保持液体状态，便于与水相进行乳化。二、加入乳化剂的方法（乳化方法） 1剂在水中法将乳化剂加入水中构成水相，然后在激烈搅拌下加入油相，形成乳状液的方法。得到O/ W型。若W/O需要继续加油相。2剂在油中法（乳化剂使用非离子型表面活性剂）将乳化剂溶于油相，制成混合物（1）O/ W：混合物加入水中（2）W/O：将水加入混合物中；可加水转型3初生皂法若能乳状液配方中有使用脂肪酸，则将脂肪酸溶于油相中，而将碱溶于水中，两相混合，即在界面形成皂。而得到稳定的乳状液。这种制备乳状液的方法叫做初生皂法，是一种较传统的制备乳状液的方法。4轮流加液法5油、水混合法 通常此法是水、油两相分别在两个容器内进行，将亲油性的乳化剂溶于油相，将亲水性乳化剂溶于水相，而乳化在第三容器内（或在流水作业线之内）进行。每一相以少量而交替地加于乳化容器中，直至其中某一相已加完，另一相余下部分以细流加入。如使用流水作业系统，则水、油两相按其正确比例连续投入系统中。6转相乳化法 在一较大容器中制备好内相，乳化就在此容器中进行。（如若要制取O/W型乳状液，就在乳化容器中制备油相。）将已制备好的另一相（外相，在例中为水相），按细流形式或一份一份地加入。起先形成W/O型乳状液，水相继续增加，乳状液逐渐增稠，但在水相加至66以后，乳状液就突然发稀，并转变成O/W型乳状液，继续将余下地水相较快速加完，而最终得到O/W型乳状液。类似本例可制得W/O型乳状液。此种方法称为转相乳化法，由此法得到的乳状液其颗粒分散的很细，且均匀。 7低能乳化法 低能乳化法简记为LEE。通常的乳化方法大都是将外相、内相加热到80（7590）左右进行乳化，然后进行搅拌、冷却，在这过程中需要消耗大量的能量。但从理论上看进行乳化并不需要这麽多的能量，乳化需要的能量只影响乳状液的分散度和由表面活性剂引起的表面张力的降低，理论上可以计算出所需的能量，它与通常乳化所消耗的能量相比少得很多，即表明通常的乳化方法存在着大量能量的浪费，如冷却水所带走的热量都是白白丢弃了。因此，J.J.Lin（林约瑟夫）提出了低能乳化法。其方法原理是，在进行乳化时，外相不全部加热，而是将外相分成两部分，相与相，和分别表示相与相的重量分数（此处+1），只是对相部分进行加热，由内相与相进行乳化，制成浓缩乳状液，然后用常温的外相进行稀释，最终得到乳状液。其原理可表示如下显然，这种乳化方法节省了许多能量，节能效率随外相/内相和/的比值增大而增大。这种方法不仅节约了能源，而且可提高乳化产品的效率，如缩短了制造时间，因为可大大缩短冷却过程时间，且可减少冷却水的使用节约了能量。 这种低能乳化法不仅用于制造乳液和膏霜，还可以用于制造香波，但它主要适用于制备O/W型乳状液。 上述所介绍的低能乳化法，其实只是一个基本原理，实际应用时，可依据乳状液的类型，油、水相的比例及其粘度等具体要求，设计出可行的低能乳化方案，其具体操作过程，对乳状液的质量都有影响。 三、影响乳化的各种因素 1乳化设备 制备乳状液的机械设备主要是乳化机，它是一种使油、水两相混合均匀的乳化设备，目前乳化机的类型主要有三种： 乳化搅拌机乳化机 胶体磨 胶体磨和均质器乳化机的类型及结构、性能等与乳状液微粒的大小（分散性）及乳状液的质量（稳定性）有很大的关系。一般如现在还在化妆品厂所广泛使用的搅拌式乳化机，所制得的乳状液其分散性差。微粒大且粗糙，稳定性也较差，也较易产生污染。但其制造简单，价格便宜，只要注意选择机器的合理结构，使用得当，也是能生产出一般复合质量要求的大众化的化妆品的。胶体磨和均质器是比较好的乳化设备。近年来乳化机械有很大进步，如真空乳化机其制备出的乳状液的分散性和稳定性极佳。 格里芬（Griffin）曾对不同类型乳化机与乳状液粒径大小分布关系进行过试验研究，其结果如下表。机类型微粒大小范围（微米）1乳化剂5乳化剂10乳化剂推进式搅拌不乳化3825涡轮式搅拌器292424胶体磨694735均质器1313132温度 乳化温度对乳化好坏有很大的影响，但对温度并无严格的限制，如若油、水皆为液体时，就可在室温下依靠搅拌达到乳化。一般乳化温度取决于二相中所含有高熔点物质的熔点，还要考虑乳化剂种类及油相与水相的溶解度等因素。此外，二相之温度需保持近相同，尤其是对含有较高熔点（70以上）的蜡、脂油相成分，进行乳化时，不能将低温之水相加入，以防止在乳化前将蜡、脂结晶析出，造成块状或粗糙不均匀乳状液。一般来说在进行乳化时，油、水两相的温度皆可控制在7585之间，如油相有高熔点的蜡等成分，则此时乳化温度就要高一些。另外在乳化过程中如粘度增加很大，所谓太稠而影响搅拌，则可适当提高一些乳化温度。若使用的乳化剂具有一定的转相温度，则乳化温度也最好选在转相温度左右。 乳化温度对乳状液微粒大小有时亦有影响。如一般用脂肪酸皂阴离子乳化剂，用初生皂法进行乳化时，乳化温度控制在80时，乳状液微粒大小约1.82.0m，如若在60进行乳化，这时微粒大小约为6m。而用非离子乳化剂进行乳化时，乳化温度对微粒大小影响较弱。 3乳化时间 乳化时间显然对乳状液的质量有影响，而乳化时间的确定，是要根据油相水相的容积比，两相的粘度及生成乳状液的粘度，乳化剂的类型及用量，还有乳化温度，但乳化时间的多少，是为使体系进行充分的乳化，是与乳化设备的效率紧密相连的，可根据经验和实验来确定乳化时间。如用均质器（3000转/分钟）进行乳化，仅需用310分钟。 4 搅拌速度 乳化设备对乳化有很大影响，其中之一是搅拌速度对乳化的影响。搅拌速度适中是为使油相与水相充分的混合，搅拌速度过低，显然达不到充分混合的目的，但搅拌速度过高，会将气泡带入体系，使之成为三相体系，而使乳状液不稳定。因此搅拌中必须避免空气的进入。四、配方设计试验实施方法乳化体的类型两相的比例油相的组成及所需的HLB值乳化剂（HLB值法、配伍性等）水相的组成（水的用量）初方乳化试验质量检测确定配方中试试用。五、乳化体的制备流程膏霜和乳液的种类很多，其制造方法略有区别，一般操作流程如图6-3所示。油相组分 水相组分 水溶性聚合物溶液 加热熔化 加热 先低温溶胀后加热 搅拌预乳化（7075） 均质乳化（70）搅拌、脱气、冷却加香精、活性物、药物和不耐高温的防腐剂搅拌冷却至3545放置陈化24h以上灌 装 产品 图6-3 乳化体制备流程图作业：1乳化体的类型有哪些？如何判断？2 在乳化剂的选择上有何经验可参考？3 乳化计算4 如何制备乳化体？