I. Einige Konzepte über Tenside.
Die Eigenschaft, die die Oberflächenspannung des Lösungsmittels verringern kann, wird als Oberflächenaktivität bezeichnet, und die Substanz mit Oberflächenaktivität wird als oberflächenaktive Substanz bezeichnet. Die oberflächenaktive Substanz, die Moleküle in wässriger Lösung assoziieren und Mizellen und andere Assoziationen bilden kann und eine hohe Oberflächenaktivität aufweist sowie die Funktionen des Benetzens, Emulgierens, Aufschäumens und Waschens hat, wird Tensid genannt. Die Kontraktionskraft einer beliebigen Längeneinheit auf der Oberfläche einer Flüssigkeit wird als Oberflächenspannung bezeichnet, und die Einheit ist N-m-1.
Zweitens, die molekularen Struktureigenschaften der Tenside.
Tenside sind organische Verbindungen mit besonderen Strukturen und Eigenschaften, die die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen oder die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit (im Allgemeinen Wasser) erheblich verändern können und Eigenschaften wie Benetzung, Schäumen, Emulgieren und Waschen haben. Von der Struktur her haben alle Tenside gemeinsam, dass ihre Moleküle zwei Gruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten. Das eine Ende ist eine langkettige unpolare Gruppe, die in Öl löslich, aber in Wasser unlöslich ist, auch bekannt als hydrophobe Gruppe oder wasserabweisende Gruppe. Das andere Ende des Spektrums sind wasserlösliche Gruppen, nämlich hydrophile Gruppen oder hydrophile Gruppen. Die hydrophile Gruppe muss ausreichend hydrophil sein, um sicherzustellen, dass das gesamte Tensid wasserlöslich ist und die erforderliche Löslichkeit aufweist. Da Tenside sowohl hydrophile als auch hydrophobe Gruppen enthalten, sind sie also in mindestens einer der flüssigen Phasen löslich. Diese Eigenschaft von Tensiden, die sowohl hydrophil als auch lipophil sind, wird als Amphiphilie bezeichnet.
Es gibt auch eine spezielle Art von biphilen Tensiden auf dem Markt, von denen das Kynurenin-Glykol-Tensid eines der repräsentativen Produkte ist. Es hat zwei Paare von hydrophoben und hydrophilen Gruppen, die strukturell durch eine symmetrische und relativ "starre" funktionelle Gruppe in der Mitte verbunden sind. Die baryonischen Tenside sind weniger schaumstabil und haben eine hervorragende dynamische Benetzbarkeit.
Arten von Tensiden.
Tenside sind amphiphile Moleküle mit sowohl hydrophoben als auch hydrophilen Gruppen. Die hydrophoben Gruppen von Tensiden bestehen im Allgemeinen aus langen Kohlenwasserstoffketten, wie geradkettigen C8- bis C20-Alkylgruppen, verzweigten C8- bis C20-Alkylgruppen, Alkylbenzolgruppen (mit 8 bis 16 Alkylkohlenstoffatomen) usw. Der Unterschied zwischen den hydrophoben Gruppen besteht hauptsächlich in den strukturellen Veränderungen der Kohlenwasserstoffketten, die kleiner sind, während die Vielfalt der hydrophilen Gruppen größer ist. Daher hängen die Eigenschaften von Tensiden neben der Größe und Form der hydrophoben Gruppen hauptsächlich von den hydrophilen Gruppen ab. Die Struktur der hydrophilen Gruppen variiert stärker als die der hydrophoben Gruppen, so dass die Klassifizierung von Tensiden im Allgemeinen auf der Struktur der hydrophilen Gruppen beruht. Diese Klassifizierung basiert darauf, ob die hydrophile Gruppe ionisch ist oder nicht, und sie wird in anionische, kationische, nichtionische, amphotere und andere spezielle Arten von Tensiden unterteilt.
IV. Eigenschaften der wässrigen Lösung von Tensiden.
1. Adsorption von Tensiden an der Grenzfläche. Tensidmoleküle haben lipophile und hydrophile Gruppen, die amphiphile Moleküle sind. Wasser ist eine stark polare Flüssigkeit, und wenn ein Tensid in Wasser gelöst wird, wird seine hydrophile Gruppe vom Wasser angezogen und löst sich im Wasser nach dem Prinzip der Polaritätsähnlichkeit und Abstoßung, und seine lipophile Gruppe wird vom Wasser abgestoßen und verlässt das Wasser, so dass Tensidmoleküle (oder Ionen) an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen adsorbiert werden, so dass die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen verringert wird. Je mehr Tensidmoleküle (oder -Ionen) an der Grenzfläche adsorbiert werden, desto stärker wird die Grenzflächenspannung verringert.
2、Einige Eigenschaften von Adsorptionsmembranen.
Oberflächendruck des Adsorptionsfilms: Das Tensid wird an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche adsorbiert, um einen Adsorptionsfilm zu bilden, z. B. indem ein reibungsfreier beweglicher Schwimmer an der Grenzfläche platziert wird, um den Adsorptionsfilm entlang der Lösungsoberfläche zu schieben; der Film erzeugt einen Druck auf den Schwimmer, und dieser Druck wird Oberflächendruck genannt.
Oberflächenviskosität: das gleiche wie der Oberflächendruck, ist die Oberflächenviskosität eine Eigenschaft, die durch den unlöslichen Molekularfilm. Aussetzung eines feinen Metalldrahtes Platinring, so dass seine Ebene Kontakt mit der Wasseroberfläche des Tanks, drehen Sie den Platinring, der Platinring durch die Viskosität des Wassers Hindernis, Amplitude allmählich abklingen, nach denen die Oberflächenviskosität gemessen werden kann, ist die Methode: zunächst in reinem Wasser Oberfläche Experimente, gemessen Amplitude abklingen, und dann gemessen die Bildung von Oberflächenfilm abklingen, aus der Differenz zwischen den beiden, um die Viskosität der Oberfläche Film zu finden. Die Oberflächenviskosität steht in engem Zusammenhang mit der Festigkeit des Oberflächenfilms, da der Adsorptionsfilm Oberflächendruck und Viskosität hat, muss er elastisch sein. Je höher die Flächenpressung und je höher die Viskosität des Adsorptionsfilms, desto höher ist sein Elastizitätsmodul. Der Elastizitätsmodul des Oberflächenadsorptionsfilms hat eine wichtige Bedeutung für die Stabilisierung der Blase.
3、Die Bildung von Mizellen.
Die verdünnte Tensidlösung gehorcht dem Gesetz der idealen Lösung. Die Menge des an der Oberfläche der Lösung adsorbierten Tensids nimmt mit der Konzentration der Lösung zu, und wenn die Konzentration einen bestimmten Wert erreicht oder überschreitet, nimmt die Menge der Adsorption nicht mehr zu. Diese überschüssigen Tensidmoleküle sind in der Lösung ungeordnet oder liegen in irgendeiner regelmäßigen Form vor. Sowohl in der Praxis als auch in der Theorie wird davon ausgegangen, dass sie in der Lösung Assoziationen bilden, die als Mizellen bezeichnet werden. Die Mindestkonzentration an Tensiden in der Lösung, bei der sich Mizellen bilden, wird als kritische Mizellenkonzentration (CMC) bezeichnet.
HLB ist die Abkürzung für Hydrophil-Lipophil-Balance, die das hydrophile und lipophile Gleichgewicht der hydrophilen und lipophilen Gruppen des Tensids angibt, d. h. den HLB-Wert des Tensids. Ein großer HLB-Wert deutet auf ein stark hydrophiles Molekül und ein schwach lipophiles Molekül hin; umgekehrt auf ein stark lipophiles Molekül und ein schwach hydrophiles Molekül. Der HLB-Wert ist ein relativer Wert, d. h. bei der Festlegung des HLB-Wertes wird der HLB-Wert von Paraffin, das keine hydrophilen Eigenschaften hat, auf 0 festgelegt, während der HLB-Wert von Natriumdodecylsulfat, das stärker wasserlöslich ist, auf 40 festgelegt wird. Im Allgemeinen sind Emulgatoren mit einem HLB-Wert von weniger als 10 lipophil, während Emulgatoren mit einem HLB-Wert von mehr als 10 hydrophil sind. Daher liegt der Wendepunkt von lipophil zu hydrophil bei etwa 10.
Anhand des HLB-Werts des Tensids lassen sich die Verwendungsmöglichkeiten grob abschätzen. Wie in der Tabelle links dargestellt, beträgt der HLB-Wert des Tensids, das als Wasser-in-Öl-Emulgator verwendet werden kann, 3,5 bis 6, während der HLB-Wert des Wasser-in-Öl-Emulgators 8 bis 18 beträgt.
Fünftens: die Rolle der Emulgierung und Solubilisierung.
Zwei gegenseitig unlösliche Flüssigkeiten, eine mit Partikeln (Tröpfchen oder Flüssigkristalle) in der anderen dispergiert, um ein System namens Emulsion zu bilden. Die Bildung der Emulsion durch die Erhöhung der Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten, so dass dieses System thermodynamisch instabil ist, um die Emulsion stabil zu machen müssen eine dritte Komponente hinzufügen - Emulgator, um die Grenzflächenenergie des Systems zu reduzieren. Der Emulgator gehört zu den oberflächenaktiven Stoffen, seine Hauptfunktion ist es, die Rolle der Emulsion zu spielen. Emulsion in Gegenwart von Tröpfchen dieser Phase wird die dispergierte Phase (oder interne Phase ﹑ diskontinuierliche Phase) genannt, verbunden mit einer anderen Phase, die als Dispersionsmedium (oder externe Phase ﹑ kontinuierliche Phase) bezeichnet wird.
1, Emulgatoren und Emulsionen. Gemeinsame Emulsion, eine Phase ist Wasser oder wässrige Lösung, die andere Phase ist nicht mischbar mit Wasser organische Stoffe, wie Fett, Wachs, etc. Wasser und Öl-Emulsionen gebildet, nach seiner Dispersion kann in zwei Arten unterteilt werden: Öl in Wasser dispergiert, um eine Öl-in-Wasser-Emulsion zu bilden, um O / W (Öl / Wasser): Wasser in Öl dispergiert, um eine Öl-in-Wasser-Emulsion bilden, um W / O (Wasser / Öl) sagte. Komplexe Wasser-in-Öl-in-Wasser-Emulsionen vom Typ W/O/W und Öl-in-Wasser-in-Öl-Emulsionen vom Typ O/W/O können ebenfalls gebildet werden.
Emulgatoren werden zur Stabilisierung von Emulsionen verwendet, indem sie die Grenzflächenspannung verringern und Einzelmolekül-Grenzflächenfilme bilden. Bei der Emulgierung werden folgende Anforderungen an den Emulgator gestellt: a) der Emulgator muss in der Lage sein, die Grenzfläche zwischen den beiden Phasen zu adsorbieren oder anzureichern, so dass die Grenzflächenspannung verringert wird; b) der Emulgator muss den Teilchen die Ladung geben, so dass die elektrostatische Abstoßung zwischen den Teilchen oder die Bildung einer stabilen ﹑-Viskosität um die Teilchen herum einen besonders hohen Schutzfilm bildet. Daher muss der als Emulgator verwendete Stoff amphiphile Gruppen aufweisen, um zu emulgieren, und Tenside können diese Anforderung erfüllen.
2, Methoden der Emulsionsherstellung und Faktoren, die die Stabilität von Emulsionen beeinflussen.
Es gibt zwei Methoden zur Herstellung von Emulsionen: zum einen die mechanische Methode, bei der die Flüssigkeit als winzige Teilchen in einer anderen Flüssigkeit dispergiert wird, was vor allem in der Industrie zur Herstellung von Emulsionen verwendet wird, und zum anderen die Auflösung der Flüssigkeit in molekularem Zustand in einer anderen Flüssigkeit, um sie dann in geeigneter Weise zu einer Emulsion zu verbinden.
Die Stabilität einer Emulsion ist die Fähigkeit, einer Partikelaggregation zu widerstehen, die zu einer Phasentrennung führen würde. Emulsionen sind thermodynamisch instabile Systeme mit großen freien Energien. Daher ist die so genannte Stabilität einer Emulsion eigentlich die Zeit, die das System braucht, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, d. h. die Zeit, die für die Trennung einer der Flüssigkeiten im System benötigt wird. Wenn die Grenzflächenmembran polare organische Moleküle wie Fettalkohole, Fettsäuren und Fettamine enthält, erhöht sich die Membranfestigkeit erheblich. Dies liegt daran, dass in der Grenzflächen-Adsorptionsschicht Emulgatormoleküle und Alkohole, Säuren und Amine und andere polare Moleküle einen "Komplex" bilden, so dass die Grenzflächenmembranfestigkeit zunimmt.
Mehr als zwei Arten von Tensiden, die aus einem Emulgator bestehen, werden als gemischte Emulgatoren bezeichnet. Gemischter Emulgator adsorbiert an der Wasser/Öl-Grenzfläche, intermolekulare Wirkung kann Komplexe bilden. Aufgrund der starken intermolekularen Wirkung wird die Grenzflächenspannung deutlich reduziert, die Menge des an der Grenzfläche adsorbierten Emulgators wird deutlich erhöht, die Dichte des Grenzflächenfilms steigt, die Festigkeit nimmt zu.
Die Ladung der flüssigen Kügelchen hat einen erheblichen Einfluss auf die Stabilität der Emulsion. Stabile Emulsionen, die flüssigen Kügelchen sind in der Regel geladen. Bei der Verwendung von ionischen Emulgator, adsorbiert an der Schnittstelle des Emulgators Ion seine lipophile Gruppe in die Ölphase, hydrophile Gruppe in der Wasserphase, so dass die flüssigen Perlen geladen. Da die Emulsion der flüssigen Perlen mit der gleichen Ladung, stoßen sie sich gegenseitig ab, nicht leicht zu agglomerieren, so dass die Stabilität erhöht wird. Je mehr Emulgatorionen an den Perlen adsorbiert sind, desto größer ist die Ladung, desto größer ist die Fähigkeit, die Agglomeration der Perlen zu verhindern, und desto stabiler ist das Emulsionssystem.
Die Viskosität des Dispersionsmediums der Emulsion hat einen gewissen Einfluss auf die Stabilität der Emulsion. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Viskosität des Dispersionsmediums, desto höher die Stabilität der Emulsion. Dies liegt daran, dass eine hohe Viskosität des Dispersionsmediums einen starken Einfluss auf die Brownsche Bewegung der flüssigen Perlen hat und die Kollision zwischen den flüssigen Perlen verlangsamt, so dass das System stabil bleibt. In der Regel können polymere Substanzen, die in Emulsionen gelöst werden können, die Viskosität des Systems erhöhen und die Stabilität der Emulsionen verbessern. Darüber hinaus können Polymere einen starken Grenzflächenfilm bilden, wodurch das Emulsionssystem stabiler wird.
In einigen Fällen kann der Zusatz von festem Pulver auch die Emulsion stabilisieren. Festes Pulver ist in der Wasser-, Öl-oder Schnittstelle, je nach Öl, Wasser auf die Benetzungsfähigkeit des festen Pulvers, wenn das feste Pulver vollständig durch Wasser benetzt wird, und kann durch Öl benetzt werden, wird nur in der Wasser-Öl-Schnittstelle beibehalten werden. Festes Pulver nicht machen die Emulsion stabil, weil das Pulver an der Schnittstelle gesammelt erhöht die Schnittstelle Film, der ähnlich wie die Schnittstelle Adsorption Emulgatormoleküle ist, so dass je enger das feste Pulver an der Schnittstelle angeordnet ist, desto stabiler die Emulsion.
Das Tensid hat die Fähigkeit, die Löslichkeit von unlöslichen oder schwer löslichen organischen Stoffen nach der Bildung von Mizellen in wässriger Lösung deutlich zu erhöhen, und die Lösung ist zu diesem Zeitpunkt transparent. Das Tensid, das die Solubilisierung bewirken kann, wird Solubilisator genannt, und die solubilisierte organische Substanz wird als solubilisierte Substanz bezeichnet.
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