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微乳液及其应用进展 韩恩山 朱令山 王 阳 王桂香 (河北工业大学化工系 天津 300130) 摘 要 本文介绍了微乳液的基本性质和热力学特征, 以及微乳在采油、萃取、洗涤、制药、化 妆品和化学反应等方面的应用和发展趋势。 关键词: 微乳液 性质 技术应用 自从化学家 H o a r 和 Sch u lm an 1 提出“微乳液”的概念以后, 有关微乳液基本性质和应 用研究方面的文章不断出现。 特别是在工农业生产和生活领域中的大量应用越来越受到人 们的重视。 微乳液的基本性质 1 和乳状液类似, 微乳液也是由互不相溶的液体组成的多相分散体系。 通过在乳状液中 添加助表面活性物质 (一般为醇类) , 就可以得到透明或半透明微乳液, 这是一个热力学稳 定体系2 。分散相液珠直径在 1—100nm 之间。若水和油的界面被单层表面活性分子覆盖, 则微乳液中相界面的表面积可达 105m 2 ?dm 3。 由于微乳液中同时存在极性物质 (水?W ) 和非极性物质 (油?O ) , 因此他们具有很大 的溶解性能。 其油区可以溶解所有疏水物质, 水相可以溶解所有极性物质和电解质。 微乳 液的溶解能力通常比胶束溶液溶解能力高很多。 根据油量和水量及乳化剂的性质的不同, 分别能形成油包水 和水包油 (W ?O ) (O W ) 两种微乳液形式。温度和压力影响微乳的存在和结构。通常分散相的大小与表面活性剂 的量、 系统温度、 水油比等因素有关。 其微观结构可通过光散射、 电镜、 核磁共振、 小角 度 X —射线衍射或中子衍射、 电导、 动力激光散射等方法进行研究4- 11 。 目前, 有关微乳液的基础研究主要集中在物质分子之间相互作用、 微乳液的结构、 和 热力学相图模型等方面3 。 微乳液的相行为 2 在研究水、油、表面活性剂组成的微乳液的相平衡时, 通常将其按三组分液相讨论。三 等, 其重要百分比 a 在 30—70% 之间 (a = W ?(W + O ) ) 时, 乳相是海棉状或层状结构, 对应相的存在和确定受许多因素的 活性剂的性质、 温度、 甚至容器表面性质的影响。 当表面活性剂的量很大时 (15—30% 重量百分比) , 用任意比 微乳。 因此表面活性剂量和其性质对于微乳液是否形成起着主 图上看出, 相区域的变化受表面活性剂的性质影响。 离子型表 性剂所作的相图基本类似。 温度也是微乳液形成的重要因素, 特别是在表面活性剂浓度 都会使微乳相减少, 即 “破微乳”现象发生。 油水比为 1 左右 表面活性剂在水中比在油中的溶解度较大, 因此形成一个共轭 面活性剂在油中的溶解度较大, 对应形成一个共轭水相。 因为 水基团与水之间的氢键被打开, 疏水性增加, 使表面活性剂在 子型表面活性剂正好相反, 温度升高离子型表面活性剂在水中 对于给定的非离子表面活性剂, 随着油相中有机物分子链的 液。 离子型表面活性剂和长链有机物形成微乳时, 需要较低的 微乳液的应用 3 311 三次采油中的应用12 现在大约 30% 的石油被一次和二次采油采出, 另外大约 20% 方式实现。 即加入表面活性剂和部分高分子化合物在注入水中 性剂水溶液注入油井后, 与原油形成微乳相, 它可以明显降低 性, 提高驱油率。通常原油和水之间的界面张力为 50mN ?m , 若 面张力可以降低到 10- 4 到 10- 5mN ?m 的数值。这样好的润湿性 朝有利萃取的方向进行。 因此萃取速率比传统的萃取法提高 10—100 倍。 313 洗涤过程的应用3 由于微乳液系统具有非常低的界面张力, 能有效的渗透到固体表面和织物毛细孔中的 污物, 使洗涤效果比传统的洗涤剂好很多。 微乳状态通常在洗涤过程中直接生成, 将表面活性剂和助表面活性剂的混合物投入到 被清洗物中, 比单纯用表面活性剂的清洗效果要高很多。 由于污物作为非极性组分, 在洗 涤过程中形成了微乳液的油相。 因此即使是高浓度的污物也能很快清洗掉。 当然通常这种清洗剂是多种物质复配而成, 由于被清洗的对象和污损程度的不同, 采 取不同的配方。 但是除加入离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂之外, 其他助剂是不 可缺少的。 由于环境保护因素的影响, 以前用溶剂来除污的方法将逐渐被微乳法取代。 314 纺织工业中的应用14 在纺织行业中表面活性剂作为分散剂、固定剂、延迟剂被广泛应用。在染色过程中, 使 用微乳液可以增加浸透性和染色均匀性, 并可以降低加工温度, 节省机械搅拌的强度。 从 而降低能量消耗。 在纺织整理过程中, 使用微乳液可以提高整