第二章 乳化.ppt
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1、第二章第二章 乳化乳化Emulsification本章所讲述内容本章所讲述内容2.1 乳化理论乳化理论2.2 乳化体的类型与配置乳化体的类型与配置2.3 乳化技术乳化技术2.4 乳化体性质及测定乳化体性质及测定乳化体在化妆品中应用十分广泛乳化体在化妆品中应用十分广泛乳状液是化妆品中最广泛的剂型,从水样的流体到粘稠的膏霜等。乳状液是化妆品中最广泛的剂型,从水样的流体到粘稠的膏霜等。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重要的意义 2.1 乳化理论乳化理论2.1.1 乳状液(乳化体)乳状液(乳化体)乳状液(或称
2、乳化体)乳状液(或称乳化体)是一种(或几种)液体以液珠形式是一种(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。分散在另一不相混容的液体之中所构成的分散体系。乳状液中被分散的一相称作分散相或内相分散相或内相;另一相则称作分散分散介质或外相介质或外相。显然,内相是不连续相,外相是连续相。乳状液的分散相液珠直径约在分散相液珠直径约在0.110m,乳化现象乳化现象水水油油水水油油乳乳化化剂剂乳乳化化液液表面现象表面现象水滴为什么是圆水滴为什么是圆形而不是方形形而不是方形表面现象表面现象它们为什么可以它们为什么可以漂在水面上漂在水面上界面现象的本质 最简单的例子是液体及其蒸气组成
3、的表面。最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以彼此抵液体内部分子所受的力可以彼此抵销,但表面分子受到体相分子的拉力销,但表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小(因为气大,受到气相分子的拉力小(因为气相密度低),相密度低),所以表面分子受到被拉所以表面分子受到被拉入体相的作用力。入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并使表面层显示出一些独特性质,使表面层显示出一些独特性质,如表面张力、表面吸如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。附、毛细现象、过饱和状态等。界面张力界面张力使物体保持最小表面积的
4、趋势使物体保持最小表面积的趋势10ml油油分散分散0.1um小油滴小油滴300m2100万倍万倍面积面积2.1.2 乳化剂乳化剂 当一种物质加入到某液体中,能使其表面张力降低,称此物质当一种物质加入到某液体中,能使其表面张力降低,称此物质为为表面活性剂表面活性剂。1.表面活性剂表面活性剂分子通常由两部分组成分子通常由两部分组成亲水的极性基团亲水的极性基团亲油的非极性基团亲油的非极性基团 如硬脂肪酸钠盐如硬脂肪酸钠盐CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CH2CH2COONa+水水空气空气表面活性剂如何降低溶液的表面张力?表面活性剂如何降低溶液的
5、表面张力?表面张力表面张力 纯水纯水 7310-3 N/m 水水-十二烷基硫酸盐十二烷基硫酸盐 3010-3 N/m (浓度:浓度:0.016 mol/L)例例 按照乳化剂分子中亲水基团的性质,可将乳化剂分成四类:按照乳化剂分子中亲水基团的性质,可将乳化剂分成四类:(1)乳化剂的种类)乳化剂的种类A.阴离子型乳化剂阴离子型乳化剂亲水基团为阴离子,如亲水基团为阴离子,如COO-、SO4-、SO3-,在碱性在碱性介质中应用效果好,应用广泛,但遇酸、盐、硬水会形成介质中应用效果好,应用广泛,但遇酸、盐、硬水会形成不溶物,故常需加入不溶物,故常需加入PH调节剂以保证碱性。调节剂以保证碱性。2.乳化剂乳
6、化剂是一类可使互不相容的油和水转变成难以分层的乳液的物质,是一类可使互不相容的油和水转变成难以分层的乳液的物质,属于属于表面活性剂表面活性剂。阴离子型乳化剂。它们在整个阴离子型乳化剂。它们在整个表面活性剂生产中占有相当大表面活性剂生产中占有相当大的比重,据统计,世界表面活的比重,据统计,世界表面活性剂总产量的性剂总产量的40%属于这一类。属于这一类。脂肪醇硫酸钠脂肪醇硫酸钠 阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。如图阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。如图所示,其亲水基一端是阳离子,故常称之为所示,其亲水基一端是阳离子,故常称之为“逆性肥皂逆性肥皂”或或“阳性皂阳性皂”。
7、阳离子表面活性剂水溶液,大多呈酸性。而阴。阳离子表面活性剂水溶液,大多呈酸性。而阴离子表面活性剂水溶液,一般为中性或碱性,与前者正好相离子表面活性剂水溶液,一般为中性或碱性,与前者正好相反。这是因为在中和时,各自的酸碱强度不同而造成的。反。这是因为在中和时,各自的酸碱强度不同而造成的。B、阳离子表面活性剂、阳离子表面活性剂烷基三甲基氯化铵烷基三甲基氯化铵 C.两性型乳化剂两性型乳化剂同时含有阴、阳离子基团,在酸性介质中可离解成阳离子,在碱性同时含有阴、阳离子基团,在酸性介质中可离解成阳离子,在碱性介质中又可离解成阴离子,故可在任何介质中又可离解成阴离子,故可在任何pH值介质中使用,在实际值介质
8、中使用,在实际中使用较少。中使用较少。羧酸类,如:羧酸类,如:RNHCH2CH2COOH硫酸酯类,如:硫酸酯类,如:RCONHC2H4NHCH2OSO3H磷酸酯类,如:磷酸酯类,如:ROONHC2H4NHC2H4O(OH)2例例非离子型乳化剂在水溶液中不电离,非离子型乳化剂在水溶液中不电离,其亲水基主要是由具有一定其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团成。对乳液稳定数量的含氧基团成。对乳液稳定 性弱,多与阴离子型乳化剂配合使用。性弱,多与阴离子型乳化剂配合使用。D、非离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚 界面张力界面张力 水水 矿物油矿物油 0.045 N/m
9、加入加入0.1%乳化剂乳化剂 0.001 N/m例例水水油油3、乳化剂的作用、乳化剂的作用A、降低表面张力和界面张力、降低表面张力和界面张力B、在分散相表面形成保护膜、在分散相表面形成保护膜当有乳化剂存在时,在搅拌作用下形成的分散相液滴外面当有乳化剂存在时,在搅拌作用下形成的分散相液滴外面吸附了一层乳化剂,在静电斥力作用下使小的液滴难以撞吸附了一层乳化剂,在静电斥力作用下使小的液滴难以撞合成大的液滴,于是形成了稳定的乳状体系,这就是乳化合成大的液滴,于是形成了稳定的乳状体系,这就是乳化剂的乳化作用。剂的乳化作用。C、形成胶束、形成胶束胶束胶束 乳化剂浓度很低时,是以分子分散状态溶解在水中达到一
10、定乳化剂浓度很低时,是以分子分散状态溶解在水中达到一定 浓度后,乳化剂分子开始形成聚集体(约浓度后,乳化剂分子开始形成聚集体(约50150个分子),个分子),称为称为胶束胶束球状球状球状球状 (低浓度时低浓度时低浓度时低浓度时 )直径直径直径直径 4 4 5 nm5 nm棒状棒状棒状棒状 (高浓度时高浓度时高浓度时高浓度时 )直径直径直径直径 100 100 300 300 nmnm表面活性物质浓度表面活性物质浓度表面张力表面张力CMC临界胶束浓度临界胶束浓度(CMC Critical Micelle Concentration)能够形成胶束的最低乳化剂浓度称能够形成胶束的最低乳化剂浓度称临界
11、胶束浓度临界胶束浓度,简称,简称CMC,是乳化剂性质的一个特征参数。是乳化剂性质的一个特征参数。2.1.3 乳化剂的选择乳化剂的选择1、乳化剂的选择和应用、乳化剂的选择和应用A、从经济和质、量考虑:采用最便宜的或在稳定性前提下,、从经济和质、量考虑:采用最便宜的或在稳定性前提下,用最少量用最少量B、从化学方面:如何为指定体系选择合适的乳化剂,与其他、从化学方面:如何为指定体系选择合适的乳化剂,与其他 组成的适应性组成的适应性C、从商品方面:色相、无不愉快气味、无毒,皮肤的感觉、从商品方面:色相、无不愉快气味、无毒,皮肤的感觉、稠度适当等稠度适当等乳化剂种类繁多,性能各异,到底如何选择?乳化剂种
12、类繁多,性能各异,到底如何选择?乳化剂的亲水性乳化剂的亲水性2、决定乳化剂两亲特性的因素、决定乳化剂两亲特性的因素亲水基的种类亲水基的种类亲油基的种类亲油基的种类分子结构与相对分子量分子结构与相对分子量(HLB值)值)3、HLB值的意义值的意义乳化剂的亲水亲油平衡值(乳化剂的亲水亲油平衡值(Hydrophilic Lipophilic Balance)HLB值由分子的化学结构、极性的强弱等因素决定。值由分子的化学结构、极性的强弱等因素决定。亲水性亲水性亲水基亲水基亲油基亲油基憎水性憎水性相当的平衡相当的平衡差值式差值式HLB=亲水基的亲水性亲水基的亲水性亲油基憎水性亲油基憎水性比值式比值式HL
13、B=亲水基的亲水性亲水基的亲水性亲油基憎水性亲油基憎水性4、HLB值计算(多种)值计算(多种)戴微斯法戴微斯法HLB=7+(亲水的基团数值(亲水的基团数值)(亲油的基团数值)(亲油的基团数值)根据其在水中的溶解性估算根据其在水中的溶解性估算水中溶解的情况水中溶解的情况HLB值范围值范围水中溶解的情况水中溶解的情况HLB值范围值范围不分散不分散14稳定乳色分散体稳定乳色分散体810分散的不好分散的不好36半透明至透明分散体半透明至透明分散体 1013激烈振荡后成乳色激烈振荡后成乳色分散体分散体68透明溶液透明溶液132乳化剂溶液的水溶性与乳化剂溶液的水溶性与HLB值的关系值的关系(HLB)值测定
14、值测定通过乳化标准油实验来测定通过乳化标准油实验来测定石蜡(石蜡(HLB=0)标准标准十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠(HLB=40)亲油性为亲油性为100%乳化剂乳化剂规定规定其其HLB为为0亲水性为亲水性为100%乳化剂乳化剂其其HLB为为2020等分等分 HLB值越高表明乳化剂亲水性越值越高表明乳化剂亲水性越强,反之亲油性越强。强,反之亲油性越强。HLB值与乳化剂的使用值与乳化剂的使用 HLB值值适用性适用性作用作用1.53消泡性消泡性消泡作用消泡作用3.56水水/油型乳化油型乳化剂剂乳化作用乳化作用(W/O)79润润滑滑剂剂润润湿作用湿作用818油油/水型乳化水型乳化剂剂乳化作用乳化作用(
15、O/W)1315洗洗涤剂涤剂(渗透(渗透剂剂)去去污污作用作用1518溶化溶化剂剂增溶作用增溶作用2.2 乳化体的类型与配制乳化体的类型与配制1、水包油型、水包油型(oil in water emulsion,简称,简称O/W)即油是分散相、水是连续相的乳化体。须选用一种在乳化体即油是分散相、水是连续相的乳化体。须选用一种在乳化体的水相中溶解度较大的乳化剂,如阴或阳离子型。的水相中溶解度较大的乳化剂,如阴或阳离子型。乳化剂的量必须适量,过少,则油滴表面无法全部被包围,乳化剂的量必须适量,过少,则油滴表面无法全部被包围,油滴易团聚;过多,则形成胶束,破坏乳化体的稳定性。油滴易团聚;过多,则形成胶
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