乳化|乳化原理|乳化技术的应用

　　乳化作用是将一种液体分散到第二种不相溶的液体中去的过程.Z大一类的乳化剂是肥皂，去污粉和其他化合物，其基本构造系末端是极性基团的烷烃链.在人体中胆汁可以乳化脂肪形成较小的脂肪微粒。

　　乳化剂是表面活性剂的一种，其在化学结构上一般都南极性基团和非极性基团两部分构成，如下图所示。

　　乳化剂结构上极性基团具有亲水性质，易溶于水，故谓亲水基，非极性基团具有亲油性质，易溶于油，故谓亲油基。在油一水两相体系中加入乳化剂后，亲水基和亲油基分别和水、油结合，降低了两相界面的表面张力。

　　根据吉布斯吸附定理，乳化剂需在相界面上形成界面膜，降低表面张力。界面膜有一定强度，可以阻止由于布朗运动、热对流或机械搅拌引起液滴的碰撞而诱发的液滴聚结，对液滴起机械保护作用。

　　另外，由于吸附和摩擦作用使液滴带电荷，带电液滴在界面的两侧形成双电层结构，由于双电层的排斥作用降低了液滴的接近频率，从而减少了液滴接触导致的液滴聚结几率，提高了乳化液的稳定性，而且当乳化剂达到一定浓度时，会形成胶束，使乳液更加稳定。简单来讲，乳化作用可以用三个机理来描述：

　　①界面吸附：乳化剂在水一油两相界面发生富集的现象，可分为物理吸附和化学吸附两种类型。物理吸附主要是分子引力或静电引力，吸附过程选择性差、作用力小且易于解离;化学吸附则比较稳定。

　　②定向排列：乳化剂分子在水一油两相界而插入内相中，形成致密排列的现象。由此可见，乳化效果和剂量有很大关系，在当乳化剂使用量不足时，就有可能影响其形成Z紧密定向排列，两相可以接触碰撞可产生聚集收缩作用，乳浊液不稳定Z后出现油水分层现象。

　　③胶束形成：乳化剂在水一油两相界而吸附、定向排列的过程中，逐渐形成各种胶束。乳化剂以单一分子状态溶于水时，亲水基团的亲水力大于亲油基团与水的相斥力，故被水相包罔。当乳化剂分子持续增加时，乳化剂分子吸附于界面并逐渐定向排列成单分子膜，亲油

　　乳化剂能促使两种互不相溶的液体形成稳定乳浊液的物质，是一类具有亲水和亲油基的表面活性剂。乳化剂亲水基一般是溶于水或能被水湿润的基团，如羟基;乳化剂亲油基一般是与油脂结构中烷烃相似的碳氢化合物长键，故可与油脂互溶。

　　所谓的“乳化”，就是把油(或者其他脂肪)均匀分布到水中的过程。而乳化剂就是能把油水不相溶的两种液体变成油包水乳状液如人造奶油;或水包油乳状液如雪花膏。

　　油和水固然不能混溶，是因为在油和水的界面上，水、油分子都有逃避对方并回到各自分子大本营内部去的倾向。这种倾向的结果直接使得油和水各自的界面减小。从能量的角度说，在油和水的界面上存在一个高于纯水或者纯油的能量，被称为“界面能”。当油分散到水中的时候，表面积大大增加，所以整个体系的表面能就增加了。由于自然界的运动总是由总能量高向低的方向进行，所以分散的油滴就会重新聚到一起，继而减小整个体系的表面能。

　　然而乳化剂的分子，在化学结构上一般都由极性基和非极性基构成，极性基易溶于水具有亲水性质，故叫做亲水基，非极性基易溶于油，故叫做亲油基。这两个基好比乳化剂的两只手：亲水基这只手与水相亲相溶;亲油基这只手与油难舍难分。由于乳化剂的存在，通过机械搅拌，使油水不相溶的两种液体形成了一个新的体系——乳状液。

　　另外，乳化燃料油体系不稳定的主要原因是水油不相溶，他们各自的表面张力组成交界处的界面张力，界面张力使油水界面液相逐渐收缩，Z后导致各自凝聚分离。乳化剂是一种表面活性剂，其主要作用是降低界面张力。

　　1、无机性值

　　将有机化合物的非极性部分作为有机性，并根据含碳数的多少区别有机性程度的大小，用数值表示为有机性值。有机化合物的极性部分作为无机性，并根据极性的大小用数值表示称为无机性值。

　　任何有机化合物都是由一定数量的官能团组成。化合物的有机性值(或无机性值)就等于化合物中各官

　　乳化液分为油基和水基2种，目前多数企业2种混合使用。乳化液具有良好的冷却性、清洗性以及一定的润滑性、防锈性，是目前机械行业中使用Z为广泛的一种金属切削液。使用过的废乳化液中含有大量的矿物油料、乳化剂和亚硝酸盐，成分复杂，COD等污染物浓度极高。

　　乳化液的主要功能有冷却、润滑、防锈等，不同的化学性能对其功能都有一定的影响。

　　乳化液冷却功能主要是冷却轧件和轧辊，减少轧件变形，提高板形精度，延长轧辊寿命，进而能提高轧制速度和压下量，提高生产率。水基的合成乳化液冷却性能相对较好，但如受杂油、污垢污染或有油乳析出，会降低冷却性能。

　　冷却性能还和乳化液系统的设计，如乳化液流量、喷射方式和系统容积等有关。现有的乳化液中均加有各种润滑添加剂，如脂肪酸油、酸胺酷、聚合物等，它们可起到轧制润滑的作用，能有效降低轧辊和轧件之间的摩擦，提高产品精度和表面光洁度，延长轧辊寿命。

　　乳化液的防锈功能主要来自配方中的有机胺盐或无机盐类防锈添加剂及钝化剂，它对轧件的防锈保护仅为工序间的防锈，一般为一周左右，并视环境温度和湿度而不同，此外也防止轧机的锈蚀。

　　乳化液有一个Z低防锈粘度，它视产品而异，一般约4环。如乳化液中的Cl-含量较高，则Cl-会穿透金属表面钝化膜，造成轧件点蚀，此时应设法降低其含量。

　　1、乳化液油膜强度

　　在乳化液的承载方面，油膜的强度是一个非常关键的参数，它同时也会受到滑动速度、润滑油的粘度和吸附膜强度的影响。润滑油层在轧制变形区能够更好地实现轧件变形压力。在金属表面，如果润滑油形成的吸附膜具有非常大的抗压能力，那么轧辊和轧件之间的接触就能够被这层吸附膜很好的组织，润滑状态就会保持到非常好的状态。乳化液的性质对油膜的强度起到决定性的作用。

　　2、乳化液浓度

　　在具体的使用过程中，乳化液的浓度是非常关键的参数，适中值会依据不同的品种规格变化。如果乳化

　　乳化油是以稳定状态存在(不上浮，不凝聚)的微小油粒，粒径约在0.5～25μm之间，为淡褐色至深褐色液体或半固体，属于金属切削油的一类。作用以冷却为主，润滑为次，用于车制、锯断、钻孔、磨制等金属粗加工。

　　1、基础油对乳化油的稳定性的影响

　　乳化油储存期一般都要求一年以上，基础油必须具备较好的抗氧化性能。如果基础油的抗氧性能差，放置一段时间后被氧化，导致酸值增大，破坏了乳化油体系的平衡，使乳化油分层。

　　环烷基油和石蜡基油都可以用于配制乳化油。环烷基油对添加剂有更好的溶解性和更利于乳化，使用环烷基油配制乳化油使用乳化剂的量要比用石蜡基油少，而且环烷基油的凝固点很低，可以降低乳化油的凝固点。

　　但环烷基油的芳烃含量高，容易使操作者皮肤过敏而受到损伤。因此配制乳化油选择基础油Z佳的方案是环烷基油和石蜡基油混合使用，可以提高乳化剂的效率，降低乳化油的凝固点，对提高乳化油的稳定性有利。

　　2、乳化剂对乳化油稳定性的影响

　　乳化剂分阳离子型、阴离子型和非离子型三大类。阳离子型乳化剂与阴离子乳化剂彼此不相容，在乳化油中很少应用。市面上销售的乳化油绝大部分是有阴离子乳化剂和非离子乳化剂复配。要选用合适的乳化剂，首先要从乳化剂的HLB值考虑。

　　HLB值是乳化剂的亲油亲水平衡值，不同的基础油要达到乳化稳定所要求的HLB值也不同，而且乳化油的其他添加剂如润滑剂、防锈剂、消泡剂等虽然不是表面活性剂，但不同的类型和加入量的多少都会给体系的HLB值带来影响，所以不能仅依靠乳化剂的HLB值来计算乳化剂的加入量，必须通过配方的优化试验决定乳化剂的Z佳使用量。

　　在选用乳化剂时有些乳化剂的HLB不太明确，可以通过乳化剂在水中溶解性来粗估计乳化剂的HLB值，见下表。

　　一般配制乳化油都要选用两个或两个以上的乳化剂。Z佳的乳化剂组合应该是在较宽的HLB值范围内都可以配制出稳定的乳化油。

　　上

　　乳化沥青是微小的沥青液滴稳定地分散在水中形成水包油(O/W)型的乳浊液，或将微小的水滴稳定地分散在沥青中形成的油包水(W/O)型的乳浊液。其中应用Z多的为水包油(O/W)型的乳化沥青。

　　乳化沥青种类很多，以沥青材料、乳化剂、用途和性能的不同，可分为许多种。常用的分类方法有以下几种。

　　一、按沥青材料的不同分类

　　制造乳化沥青的主要材料是沥青。凶选用沥青材料的不同可分为乳化石油沥青、乳化煤焦油沥青、乳化橡胶沥青和乳化塑料沥青等。常用的有乳化石油沥青、氯丁胶乳改性乳化沥青、丁苯胶乳改性乳化沥青、乙烯一醋酸乙烯乳液改性乳化沥青、乳化SBS沥青、乳化PVC煤焦油沥青等。

　　二、按乳化剂的不同分类

　　乳化剂同样是制造乳化沥青的主要材料，按照所用乳化剂的不同，可分为以有机表面活性剂为乳化剂的液体乳化沥青，或称薄质乳化沥青;以无机胶体为乳化剂的膏状体乳化沥青，或称为厚质乳化沥青。

　　有机乳化剂制成的液体乳化沥青，因带电性能不同，又可分为阴离子乳化沥青、阳离子乳化沥青、非离子乳化沥青、两性离子乳化沥青和复合乳化剂制成的乳化沥青。例如：阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青、非离子乳化沥青等均属于以有机乳化剂制成的液体乳化沥青;膨润土乳化沥青、石棉乳化沥青、石灰膏乳化沥青、黏土乳化沥青等均属于无机胶体乳化沥青，或称无机固体乳化沥青。

　　在乳化聚合物沥青中，以有机表面活性剂为沥青乳化剂的乳化聚合物沥青为液体乳化沥青，或称薄质乳化聚合物沥青。例如：阳离子氯丁胶乳改性乳化沥青、阴离子丁苯胶乳改性乳化沥青、非离子天然胶乳改性乳化沥青等均属于薄质乳化沥青;

　　以无机胶体为乳化剂的乳化聚合物沥青为膏状乳化沥青，亦称厚质乳化聚合物沥青。例如：丁苯胶乳改性石棉乳化沥青、天然胶乳改性膨润土乳化沥青、膨润土乳化SBS沥青等均属于厚质乳化沥青。

　　三、按照用途不同分类

　　按照乳化沥青的用途不同，可分为筑

　　乳化蜡是包括石油蜡在内的各种蜡均匀地分散在水中，借助乳化剂的定向吸附作用，在机械外力作用下制成的一种含蜡含水的均匀流体。乳化蜡外观为灰白色均质半透明液体，抗酸、抗碱、耐硬水、水溶性强、乳液稳定，任意比例水稀释不分层、不破乳、不结块、保质期长、固含量高、分散性好。不同乳化蜡性能要求不同，但仍存在共同的性能要求，其主要技术指标包括：固含量、稳定性、溶液pH值、粒径分布、外观等。

　　乳化蜡大都以石蜡、微晶蜡或石油酯为原  料，以水为连续相加入乳化剂进行乳化成乳化蜡，其稳定的关键是乳化剂。

　　乳化剂在乳化蜡中的作用是:①吸附在蜡-水相界面上降低界面张力，从而降低分散体系的自由能;②在界面上形成有一定强度的保护膜，对分散的蜡液滴起到保护作用。乳化蜡可以根据其使用的乳化剂类型分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型乳化蜡等。

　　制备乳化蜡的乳化设备有搅拌器、均质器、高频震荡器和超声波乳化器等，根据不同的乳化要求，选择合适的乳化设备，使蜡和水混合均匀，可达到较好的乳化效果。乳化蜡的制备方法主要有剂在水中法、剂在油中法、初生皂法、轮流加液法、转相温度法等5种。

　　外观、熔点、粒径大小、稳定性和分散性是乳化蜡的通用指标。为获得性能好的乳化蜡，除了乳化方法、设备等对乳液的性质有影响外，在制备乳化蜡时的工艺条件如乳化剂的HLB值、乳化温度、乳化时间、搅拌速度等对其性能也有影响，具体的操作工艺条件根据蜡、乳化剂以及乳化蜡的用途通过实验来确定。

　　1、乳化剂的选择和用量

　　乳化蜡的乳化剂选用复合乳化剂，由亲油乳化剂和亲水乳化剂构成，两种乳化剂之间相互作用具有协同性，其乳化效果较单一乳化剂更佳。

　　复合乳化剂的HLB值越高，表示乳化剂分子的亲水性强，易形成O/W型乳状液;反之，易形成W/O型乳状液。O/W型乳状液的乳化剂其HLB值常在8～18之间，由于H