1.2.3. Эмульсии «жидкость - жидкость»

Эмульсии «жидкость - жидкость» - лиофобные дисперсные системы (за исключением самопроизвольно возникающих «критических» эмульсий), которые получают диспергированием одной из несмешивающихся жидко­стей в другой в присутствии стабилизатора (эмульгатора). В качестве по­следнего используют электролиты, ПАВ и высокомолекулярные соединения.

В зависимости от соотношения дисперсной фазы и дисперсионной сре­ды эмульсии классифицируют: на 1) разбавленные, содержащие менее 1% дисперсной фазы, 2) концентрированные и 3) высококонцентрированные, в которых дисперсной фазы присутствует соответственно менее или более 74%.

Разбавленные эмульсии могут быть достаточно устойчивы в присутст­вии таких слабых эмульгаторов, как электролиты. Их устойчивость в основ­ном связана с наличием двойного электрического слоя на частицах дисперс­ной фазы. Устойчивость концентрированных и высококонцентрированных эмульсий в большинстве случаев определяется действием структурно-механического барьера при образовании адсорбционных слоев эмульгатора. Межфазные адсорбционные слои обусловливают также плавное изменение свойств переходной зоны на границе раздела двух жидких фаз, увеличивая лиофильность частиц дисперсной фазы. Устойчивость эмульсии можно оха­рактеризовать, определив объем дисперсной фазы (или дисперсионной сре­ды), отслоившейся за определенное время с момента приготовления эмуль­сии.

Различают два основных типа эмульсий: а) дисперсии масла в воде или прямые эмульсии (м/в), б) дисперсии воды в масле или обратные эмульсии (в/м). Термины «вода» и «масло» относятся соответственно к полярным и не­полярным жидкостям.

Рис. 10. Схема стабилизации прямой (а) и обратной (б) эмульсии.

Тип эмульсии, образующейся при механическом диспергировании, в определенной степени зависит от соотношения объемов фаз. Для жидкости, имеющей больший объем, более вероятно стать дисперсионной средой. При равном объемном содержании двух жидкостей возникают эмульсии обоих типов, но «выживает» из них та, которая имеет более высокую устойчивость, определяемую природой эмульгатора. Способность эмульгатора стабилизиро­вать тот или иной тип эмульсии зависит от энер­гии взаимодействия от­дельных частей его дифильных молекул с поляр­ными и неполярными жид­костями (гидрофильно-липофильный баланс). Если взаимодействие с поляр­ной средой сильнее, то образуется прямая эмульсия (м/в). При этом эмульга­тор адсорбируется на поверхности капель масла своей липофильной частью молекулы, обращаясь к дисперсионной среде гидрофильной частью. Обрат­ная картина наблюдается в случае более сильного взаимодействия эмульга­тора с неполярной жидкостью (рис. 10). Например, хорошо растворимые в воде соли карбоновых кислот (мыла) дают эмульсии прямого типа. Соли карбоновых кислот и щелочноземельных металлов (металлические мыла), рас­творимые в неполярных жидкостях, стабилизируют эмульсии обратного ти­па. Для относительной оценки гидрофильно-липофильного баланса различ­ных ПАВ разработана шкала условных чисел ГЛБ. Подробное описание спо­соба введения этой характеристики и методов ее количественного определе­ния для конкретных ПАВ выходит за рамки этого пособия, но с точки зрения практического применения следует указать, что ПАВ, имеющие низкие зна­чения ГЛБ (2-6), стабилизируют эмульсии в/м, тогда как ПАВ, значения ГЛБ которых равны 12-13, стабилизируют эмульсии м/в.

Возможно обращение эмульсий. Так, прямую эмульсию, стабилизиро­ванную мылами, можно превратить в обратную добавлением к ней металли­ческих мыл. При этом возможно также образование «множественной» эмуль­сии. Например, капельки масла эмульсии первого рода содержат в себе мель­чайшие капельки воды. Явление обращения и образования «множественной» эмульсии можно наблюдать под микроскопом.

Экспериментальное определение типа эмульсии основано на выявле­нии различных свойств дисперсионной среды. Например, если капля эмуль­сии смешивается с водой, то это эмульсия м/в (дисперсионная среда вода). Высокие значения электропроводности также указывают на то, что диспер­сионной средой является вода; эмульсии обратного типа дают низкие значе­ния электропроводности. Прямые эмульсии окрашиваются красителями, рас­творимыми в воде (например, метиленовый синий), в то время как обратные - окрашиваются жирорастворимыми красителями (например, судан III).

Эмульсии «жидкость-жидкость» имеют широкое распространение в природе. Например, кровь, молоко и молочные продукты, яичный желток яв­ляются природными эмульсиями. Многие продукты питания (например, мар­гарин, майонез, соусы), лекарства, косметические средства применяются в виде эмульсий. Эмульсии, предназначенные для приема внутрь, как правило, должны быть преимущественно прямого типа, в то время как для наружного использования - обратного. Эмульгирующая способность является одним из важных показателей качества моющих средств, так как загрязнения (масло) выносятся с отмываемых поверхностей в виде эмульсии. В ряду аналогичных ПАВ при прочих равных условиях она увеличивается при снижении значе­ний ККМ.