1. Строение

Эмульсия – дисперсная система «жидкость - жидкость» (ж/ж). Для образования эмульсии обе жидкости должны быть нерастворимы или мало - растворимы друг в друге, а в системе должен присутствовать стабилизатор, называемый эмульгатором. Эмульсия тем седиментационно устойчивее, чем ближе плотность обоих фаз. Отличительной особенностью эмульсий является сферическая форма частиц (капель).

1.1 Классификация эмульсий

• В зависимости от концентрации W_д дисперсной фазы различают эмульсии:

• разбавленные (W_д<1%);

• концентрированные (W_д<74%) ;

• высококонцентрированные (W_д>74%).

Системы газ/жидкость при малых концентрациях дисперсной фазы называются газовыми эмульсиями. Концентрированные системы газ/жидкость называются пенами.

• В зависимости от природы вещества ДФ и ДС различают:

• эмульсии первого рода;

• второго рода.

Эмульсии первого рода или прямые эмульсии, состоящие из неполярной ДФ и полярной ДС, называются эмульсиями типа масло/вода (М/В). Эмульсии второго рода или обратные эмульсии, состоящие из полярной ДФ и неполярной ДС, называются эмульсиями типа вода/масло (В/М). При этом термин «вода» обозначает любую полярную жидкость, «масло» - неполярную. Маслом называют малополярные органические жидкости: бензол, бензин, керосин, анилин, минеральные и растительные масла, независимо от их химической природы.

Например, дисперсия октана в этаноле – эмульсия типа М/В, дисперсия воды в октане – эмульсия типа В/М.

2. Специфические свойства

Для эмульсий характерным является свойство обращения фаз. При введении в эмульсию в условиях интенсивного перемешивания большого количества поверхностно-активных веществ (ПАВ), являющегося стабилизатором эмульсии противоположного типа, первоначальная эмульсия может обращаться, т.е. дисперсная фаза становится дисперсионной средой и наоборот (масло + вода = вода + масло).

Все эмульсии термодинамически нестабильные структуры, за исключением критических эмульсий. Это структуры двух ограниченно растворимых жидкостей при температуре, близкой к критической.

3. Методы получения

Все методы получения эмульсий, как и любой другой дисперсной системы, можно разделить на конденсационные и диспергационные. Конденсационные методы связаны с образованием капелек эмульсии из отдельных молекул. Таким образом получаются критические эмульсии при выделении капель новой фазы из раствора вблизи критической температуры смешения.

В промышленности и лабораторной практике эмульсии получают диспергированием одной жидкости в другой. В свою очередь, диспергационные методы можно разделить на методы, в основе которых лежит взбалтывание, и методы перемешивания. Диспергирование взбалтыванием производится при возвратно-поступательном движении либо сосуда, в котором находится смесь жидкостей, либо специального приспособления, например, спиральной пружины, находящейся внутри жидкости. Методы перемешивания основаны на использовании лопастных или пропеллерных мешалок. Иногда для приготовления эмульсии используют коллоидные мельницы.

Общим для приготовления любой эмульсии является очередность смешения фаз. Всегда к жидкости, которая должна стать дисперсионной средой, постепенно прибавляется вторая жидкость. Для получения устойчивой эмульсии во внешней фазе уже должен присутствовать стабилизатор. Для облегчения диспергирования следует вводить эмульгатор, причем его можно растворять как в масляной, так и в водной фазе.

3.1 Устойчивость эмульсий.

Наиболее частой ошибкой при получении эмульсий является неправильный выбор интенсивности механического воздействия. Часто считают, что эмульгирование происходит тем лучше, чем сильнее перемешивается (взбалтывается) смесь жидкостей. В действительности существует некоторая оптимальная интенсивность механического воздействия, выше которой происходит не диспергирование, а наоборот – коалесценция. В результате коалесценции эмульсия расслаивается на две непрерывные жидкие фазы. Коалесценция - самопроизвольный процесс, так как в результате слияния капелек эмульсии уменьшается площадь поверхности раздела фаз (∆Ω<0) и, соответственно, уменьшается энергия Гиббса системы (∆G_Ω<0), (где∆Ω - приращение поверхности раздела фаз (м²). Аналогичный процесс коалесценции происходит в газовых эмульсиях при столкновении пузырьков газа.

В результате коалесценции эмульсия перестает существовать как дисперсная система и полностью расслаивается на две непрерывные жидкие макрофазы: жидкость-жидкость или жидкость – газ. В жидкой дисперсной среде коалесценции часто предшествует коагуляция.

Важный количественный метод определения устойчивости разбавленных и умеренно концентрированных эмульсий – изучение кинетики их коагуляции. Капли коалесцируют попарно, поэтому скорость коалесценции (коагуляции) V_кц описывается законом кинетики второго порядка, аналогичным уравнению кинетики быстрой коагуляции гидрофобных дисперсных систем :

V_кц=k_кц с_v² ,

Где с_v - частичная концентрация эмульсии (число капель в единице объма, 1/л); k_кц - константа скорости коалесценции.