Емульгатори

Для стабілізації емульсії до них додають емульгатори – речовини, які адсорбуються на поверхні крапель емульсії. Механізм дії емульгаторів полягає у зниженні поверхневого натягу на межі поділу фаз і утворенні захисних адсорбційних плівок на поверхні крапель емульсії, які перешкоджають зливанню останніх. На практиці застосовують емульгатори трьох типів: ПАР, ВМС або високодисперсні порошки. Найбільш ефективними стабілізаторами емульсій є ПАР, у вуглеводневих радикалах яких міститься 10...18 атомів Карбону. Для одержання стабільної емульсії емульгатор має бути подібний до тієї рідини, що утворила дисперсійне середовище. Якщо емульгатор краще розчиняється у воді, ніж у маслі, то при його застосуванні утворюється емульсія М/В, якщо ж емульгатор розчиняється у маслі, то утворюється емульсії типу В/М.

Руйнування емульсій. Якщо зруйнувати захисні адсорбційні плівки на поверхні крапель емульсії, то почнеться процес деемульгування – розшаровування емульсії на окремі фази. Існують такі методи руйнування емульсій. Хімічне руйнування здійснюється шляхом додання до емульсій сильних електролітів – розчинів кислот або лугів. Механічне руйнування емульсій здійснюють під час їх інтенсивного перемішування, наприклад у процесах сколочення вершків у процесах виготовлення масла. Термічне руйнування емульсій спостерігається під час їх тривалого нагрівання, наприклад у процесах виготовлення топленого масла. Руйнування емульсій здійснюють також шляхом додання до них деемульгаторів – речовин, які мають більшу, порівняно з емульгаторами, поверхневу активність, але при цьому не здатні утворювати захисні адсорбційні шари.

Явище переходу емульсій із одного типу до іншого називається оберненням фаз емульсії. Обернення фаз емульсії можна викликати зміною природи емульгатора. Так, якщо до емульсії типу М/В додати гідрофобний емульгатор, то під час подальшого перемішування такої системи утворюється емульсія типу В/М.

Лекція №21

Мікрогетерогенні системи

План лекції

1. Піни. Методи одержання рідких пін. Піноутворювачі. Тверді піни.

2. Суспензії. Класифікація і фізико-хімічні властивості суспензій. Пасти.

3. Аерозолі. Класифікація і фізико-хімічні властивості аерозолів. Порошки.

Рекомендована література: [1] С.496-507, [3] С.145-149.

21.1 Піни

Піни – дисперсні системи, в яких дисперсна фаза являє собою бульбашки газу, а дисперсійне середовище – рідину у вигляді тонких плівок, що оточують бульбашки.Власно до пін належать системи, в яких газоподібна фаза становить основну частину об’єму, а бульбашки газу мають форму криволінійних багатогранників. Для одержання піни рідину збовтують у закритій судині або застосовують барботаж – газ під тиском подають у рідину через перфоровану перегородку. Для утворення стійкої піни у рідину попередньо додають ПАР-піноутворювач. Механізм утворення рідких пін полягає у тому, що бульбашки газу спливають до поверхні рідини, на якій є адсорбційний шар піноутворювача. Бульбашки газу оточуються цим шаром, який розтягуючись, утворює двобічну плівку. Сукупність бульбашок газу утворюють піну. Піни – це нестійкі системи. Стабільність пін визначається за часом існування окремої плівки на каркасі дроту або за часом руйнування половини стовпа піни у мірному циліндрі. У пінах не стабілізованих ПАР рідина швидко витікає з піни, товщина плівок поступово зменшується, і піна руйнується. Якщо у рідину додати ВМС або ПАР, то у плівках утворюється драглеподібний каркас, який запобігає витіканню рідини, забезпечуючи відносну стійкість піни. На стійкість пін впливають природа піноутворювача, температура, в’язкість і рН рідкого середовища.

Руйнування пін (гашення) звичайно здійснюється шляхом продуванням повітря над поверхнею піни, або розчиненням у рідині речовин, які витісняють піноутворювачі із адсорбційного шару рідких плівок піни. Ефективними піногасниками є естери, спирти, олії тощо.

Якщо плівки рідких пін здатні тверднути, то утворюється безмежно стійкі тверді піни. Тверді піни одержують під час нагрівання полімерів разом з утворювачами газів, наприклад карбонатами. Після охолодження утворюється структура, що містить несполучені між собою комірки, заповнені газом. Так одержують пінопласти – тепло- та звукоізолюючі матеріали. До твердих пін відносяться такі харчові продукти, як хліб, печиво, зефір.

21.2 Суспензії

Суспензіями називають дисперсні системи з твердою дисперсною фазою і рідким дисперсійним середовищем. У залежності від ступеня дисперсності часточок суспензії поділяються на грубі (розмір часточок більше 100 мкм), тонкі (від 0, 5 до 100 мкм) і каламуті (від 0, 1 до 0, 5 мкм). Суспензії одержують методами диспергування або конденсації. На практиці суспензії одержують шляхом збовтування у рідкому середовищі попередньо одержаного порошку.

За своїми властивостями суспензії значною мірою нагадують золі. Вони коагулюють, поглинають і розсіюють світло, але на відміну від золів залишаються каламутними за будь-якого освітлення. Суспензії піддаються седиментації – тобто часточки дисперсної фази поступово осідають на дно або спливають до поверхні у залежності від співвідношення густини часточок і середовища. Розподіл часточок суспензії за висотою підлягає закону Лапласа: при збільшенні висоти стовпа золю в арифметичній прогресії концентрація часточок у ньому змінюється у геометричній прогресії. Седиментація прискорюється при збільшенні розмірів часточок і зменшенні в’язкості середовища.

При підвищенні концентрації дисперсної фази до гранично можливої величини утворюються концентровані суспензії, які називають пастами. Майже все дисперсійне середовище у пастах зв’язане у сольватних плівках, які розділяють тверді часточки. У зв’язку з відсутністю вільної рідини пасти мають значну в’язкість, певну міцність, у них утворюються просторові структури.

21.3 Аерозолі і порошки

Аерозолями називають дисперсні системи з газоподібним дисперсійним середовищем.Аерозоль з рідкою дисперсною фазою називають туманом, а з твердою – димом, димом або порошком. Для одержання аерозолів застосовують пульверизатори, за допомогою яких у газі розбризкують рідину або порошок. Аерозолі можна одержати також під час перебігу хімічних реакцій.

В аерозолях унаслідок низької густини газового середовища дифузія і седиментація часточок перебігають набагато інтенсивніше ніж у ліозолях. Аерозолі виявляють електричні властивості, які пов’язані з наявністю зарядів на часточках, внаслідок адсорбції на їх поверхні іонів.

Порошки можна розглядати як аерозолі з твердою дисперсною фазою, які піддали коагуляції і утворили осад. У залежності від розмірів часточок для порошків прийняті такі назви: пудра (а < 2 мкм), пил (а = 2, 0...20 мкм), пісок (а > 20 мкм), де а – розмір часточок. Порошки одержують подрібненням твердих тіл за допомогою млинів. Більшість порошків неоднорідні за розміром своїх часточок. Сукупність часточок певного розміру складають фракцію. Для визначення фракційного складу порошків застосовують мікроскопічний або седиментаційний методи. На практиці широко застосовують стандартний набір сит з різними діаметрами отворів, через які просіюють порошок. Зважуючи масу порошку, що залишився на кожному ситі, визначають його фракційний склад. До порошків відносять такі харчові продукти, як борошно, кава, крохмаль тощо.

Часточки порошку завжди знаходяться у контакті між собою. Незважаючи на те, що поверхня контакту часточок дуже мала, ця особливість визначає основні технологічні характеристики порошків, насамперед їх текучість. Оцінку текучості порошку також можна зробити за допомогою кута природного відхилення. Кутом природного відхилення називається кут, утворений порошком, насипаним у вигляді конусу, і горизонтальною площиною. Чим менший кут відхилення, тим більша текучість порошку. На величину текучості впливають густина, розмір і форма часточок, стан їх поверхні і вологість порошку.