第7章 乳化与增溶作用.ppt
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1、第7章 乳化与增溶作用 第 1 页7.1 乳化与破乳作用乳状液在工业生产和日常生活中有着广泛的应用,但也常常带来许多不利。农药乳状液的使用,可以节省药量,提高药效和降低生产成本。“乳液聚合”是高分子工业中的一种重要生产方法。油漆、涂料工业中的“乳胶”是常见的乳液聚合的产品。橡胶、乳汁和牛奶则皆是天然乳状液。机械工业中的高速切削冷却润滑液、铺路面的乳化沥青,以及乳状液炸药等,均为典型的乳状液。甚至油脂在人体内的输送与消化,也与乳状液密切相关。原油往往是水分散于油中的乳状液,此种乳状液对石油炼制极为有害,必须加以破乳、脱水处理。第 2 页7.1 乳化与破乳作用7.1.1 概述1.相关概念乳状液是一
2、个多相分散体系,其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种和它不相混溶的液体中,液珠的直径一般大于0.1m,此体系称为乳状液。第 3 页7.1 乳化与破乳作用7.1.1 概述1.相关概念分散成小球状的液体称为分散相或内相,包围在外面的液体称为分散介质、外相或连续相。乳化作用是在一定条件下使互不混溶的两种液体形成一定稳定性的液液分散体系的作用。为了进行乳化作用和得到有一定稳定性的乳状液必须加入的第三种(或自然形成)物质称为乳化剂。乳化剂大多为各种类型的表面活性剂,高分散的固体粉末状物质也有作乳化剂的。第 4 页7.1 乳化与破乳作用7.1.1 概述2.日常应用金属切割金属切割人造黄油人造黄
3、油冰激凌冰激凌杀虫虫剂沥青青护肤品肤品 第 5 页7.1 乳化与破乳作用7.1.1 概述3.乳状液的物理性质(1)液珠大小乳状液的外观常为乳白色不透明液体,乳状液之名即由此而得,乳状液的这种外观与其分散相质点的大小密切相关。液珠大小 外观大液滴(100m)可分辩出两相1 m 乳白色乳状液0.1-1 m 蓝白色乳状液0.05-0.1 m 灰色半透明液内核栅栏层胶团内核胶团表面尽管随着科学技术的发展,测试手段更为先进和精确,但应当知道,增溶物在胶团中的增溶位置受到多种因素的影响可以有所变化。此外,增溶体系是动态平衡体系,即原始胶团和指定分子的增溶位置随着时间变化而变化,增溶物在胶团中的平均存在时间
4、仅约为10-610-10s。第 67 页7.2 增溶作用增溶作用7.2.1 增溶作用机理2.两态模型被增溶物在胶束溶液中分配于水相和胶束相中,在两相中的分配状态不同。胶束内部溶解被增溶物而成为“溶解态”当极性较小,且能溶于胶束的被增溶物具有表面活性时,则它也能发生吸附,使表面上过量,这种位于极性较大的胶束-水界面的吸附称为“吸附态”。第 68 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素1.表面活性剂对于饱和烃和极性小的有机物在同系列表面活性剂水溶液中的增溶能力随表面活性剂碳链增长而增加。这是由于此类增溶物通常主要增溶于胶团内核,表面活性剂碳链增长,其cmc值减小,胶团聚集数大,胶团
5、大小增大,因而使此类增溶物增溶量增大。第 69 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素1.表面活性剂 第 70 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素1.表面活性剂基本规律表面活性剂的加溶能力受其类型的影响,也就是受其亲水基变化的影响。具有同样疏水基的不同类型表面活性剂的加溶量常有如下次序:非离子型阳离子型阴离子型。非离子表面活性剂溶液对脂肪烃的加溶作用随其疏水基链长增加而增加,但随聚氧乙烯基链长增加而减小。离子型表面活性剂极性基的变化也会影响其加溶能力。二价金属的烷基硫酸盐比相应的钠盐有较大的加溶能力。例如,1L 0.01mol/L 十二烷基硫酸钠溶液约加溶1
6、g苯,而同浓度的十二烷基硫酸镁溶液则约溶解3.6g苯。第 71 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素2.增溶物 增溶物无论处于胶团中的何种位置,增溶量都与它们的分子量、分子体积、构型、分子极性等有关。(1)烃类加溶一般规律:分子越大,也就是摩尔体积越大,加溶程度越小。脂肪烃与烷基芳烃,加溶的程度随加溶物链长增加而减小,随其不饱和程度增加而增加。(2)对于多环芳烃,加溶程度随分子大小增加而下降。有分支的化合物与其直链异构体的加溶程度一般相差不大。第 72 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素2.增溶物(3)若烷烃的一个氢原子被极性基取代而变成极性化合物,则被表
7、面活性剂溶液加溶的程度会大大增加。例如,正庚烷被-OH基取代而成为正庚醇后,在十四酸钾水溶液中的加溶量就增加很多。第 73 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素3.无机电解质(1)对于离子型表面活性剂电解质的加入可降低其cmc值和增加胶团聚集数,这将对增溶作用产生2方面的影响。胶团聚集数增加导致胶团内部容积增大,有利于增大增溶于胶团内核的非极性有机物的增溶量。电解质中表面活性剂离子的反离子使得胶团中表面活性剂离子端基间静电斥力减小,栅栏层堆积密度增大,增溶于此区域的极性有机物的增溶量将减小。第 74 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素3.无机电解质(2)非
8、离子型表面活性剂电解质的加入可增大非离子型表面活性剂胶团的聚集数,提高其对非极性有机物的增溶能力。不同无机离子对非离子型表面活性剂增溶能力的影响与其对浊点影响顺序相同。K+Na+Li+;Ca2+Al3+;SO42-Cl-第 75 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素4.非电解质与高分子化合物的影响(1)极性有机物如长碳链醇、胺和酚等的加入可提高非极性增溶物在离子型表面活性剂溶液中的增溶能力。这是因为极性有机物在构成胶团的表面活性离子间起间隔作用,减小端基的电性排斥作用,并且不利于外界水相与胶团内核的接触,胶团表面曲率半径增大,胶团内核容量增加,从而提高非极性有机物的增溶量。第
9、 76 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素4.非电解质与高分子化合物的影响(2)非极性有机物非极性有机物的加入常可使胶团增大,有利于极性有机物增溶于胶团的栅栏层中。例如,无正己烷存在时,染料Orange OT在0.2 mol/L十二酸钾溶液中增溶量为每摩尔十二酸钾0.0039 mol染料;每升上述十二酸钾溶液中加入3.92mL正已烷后,Orange OT的增溶量增至每摩尔十二酸钾0.0064 mol染料。第 77 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素5.温度一般来说,温度对离子型表面活性剂的cmc和胶团聚集数影响较小。因此,对于大多数离子型表面活性剂溶液,
10、温度升高热运动使胶团中可供容纳增溶物的空间增大,提高增溶物在胶团中的溶解度。在非离子型表面活性剂溶液中温度对增溶作用的影响常与增溶物的性质有关。对于非极性增溶物,温度升高增溶量增大。温度升高至表面活性剂浊点时增溶量常出现最大值。温度继续升高,增溶量急剧降低。第 78 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素6.混合表面活性剂体系一般来说,两种同类型的离子型表面活性剂混合物的增溶与混合物的组成有关。当其中一种表面活性剂的浓度很低时,其降低cmc和增加增溶能力与加入其它电解质的作用相似。当两种面活性剂的浓度都较大时,将形成混合胶团,混合胶团的增溶能力大;但若相对含量少的表面活性剂碳链
11、长度明显小于主要组分的,增溶能力将降低。第 79 页7.2增溶作用增溶作用7.2.2.增溶作用的影响因素6.混合表面活性剂体系 第 80 页7.2增溶作用增溶作用7.2.3.增溶作用的研究方法及应用1.增溶量每摩尔表面活性剂可增溶被增溶物的量(g、mol等),有时也用一定体积(如1L)某浓度表面活性剂溶液增溶被增溶物的量表示。第 81 页7.2增溶作用增溶作用7.2.3.增溶作用的研究方法及应用2.增溶作用的平衡常数增溶分配系数P 第 82 页7.2增溶作用增溶作用7.2.3.增溶作用的研究方法及应用3.增溶作用标准热力学函数变化G均为正值,表明有机物在胶团中的增溶为自发过程H和S增为正值,说
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