乳化劑和助劑對乳化體系穩(wěn)定性能影響的研究分析論文
乳化體系是一種組分或幾種組分組合液體以微粒(液滴或液晶)形式分散在另一不相溶的液體中構(gòu)成具有相當穩(wěn)定性的多相分散體系。由于它們外觀往往呈乳液，所以又稱為乳狀液或乳化液。
乳狀液形式的產(chǎn)品在許多行業(yè)使用都有優(yōu)異的效果:改善食品日感、味道，改善醫(yī)藥吸收情況及促進農(nóng)藥的藥效發(fā)揮等。在化妝品中它可以克服油質(zhì)化妝品不易吸收和水質(zhì)化妝品潤滑感差的缺點，提高化妝品的功效。在液體洗滌劑中，可以克服織物變舊顏色變化，提高洗滌劑的護色和柔軟作用。解決了家居護理中固體地板護理劑使用不便，氣味難聞的問題。
雖然乳狀液在生活中為我們提供了各種便利，但乳狀液體系在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，易受多方因素影響，乳液貯存時間短，易出現(xiàn)分層和破乳等現(xiàn)象，產(chǎn)品貨架期縮短，易造成產(chǎn)品質(zhì)量問題，這些都影響消費者的使用。
影響乳液穩(wěn)定性的主要因素有:乳化劑的選擇、工藝溫度、剪切速率、乳化時間及助乳化劑的添加等。
本文研究了乳化劑及助乳化劑對體系穩(wěn)定性的影響，以聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯和山梨醇酐單單月桂酸酯為乳化劑，研究其在不同用量、不同配比以及添加助劑時對乳液穩(wěn)定性能的影響。
1乳液穩(wěn)定性的影響因素
1.1乳化劑的作用原理
乳化劑能吸附在相界面上形成界面膜并使乳狀液穩(wěn)定。其作用表現(xiàn)在:①降低界面張力，使分散體系的勢能下降;②在界面上形成韌性或高粘度界面膜阻止碰撞而引起的液滴聚結(jié);③當乳化劑分子帶有電荷時，使液滴表面帶電形成雙電層，減少液滴接近和碰撞而聚結(jié)的幾率”。
以下主要應(yīng)用HLB值乳化劑選擇法，研究乳化劑的用量、配比及加人助劑對硅油和白油體系穩(wěn)定性的影響。
1.2乳化劑用量和配比選擇
1.2.1以HLB值為依據(jù)選擇乳化劑
HLB值反映了親水與親油這2種相反的基團大小和力量平衡，乳化劑提供HLB值(混合乳化劑是由加合法求得HLB值)與油相所需HLB值相等。研究發(fā)現(xiàn)，乳化劑和油相的HLB值相同只是乳液穩(wěn)定性的必要條件，而非充分條件.
乳化劑選擇的一般原則,使用復(fù)合乳化劑。復(fù)合乳化劑一般由水溶性和油溶性乳化劑組成,2種乳化劑分子間的作用增強了界面膜的機械強度,改變界面膜的物理性質(zhì)。如聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯(油溶)與山梨醇酯單月桂酸酯(水溶),由于聚氧乙烯山梨醇醋與水能發(fā)生強烈的相互作用,而它的親油基比親油性強的山梨醇酯更多的伸向水相,使二者的親油基在界而膜上相互更接近形成比單獨使用時更強的界面膜。
1.2.2乳化劑用量及配比
乳化劑的用量對于乳化效果和乳液穩(wěn)定性影響較大，用量過小穩(wěn)定性差，用量過多雖可以降低表而張力，但泡沫增多，粘度增大，乳化效果反而不好，故而乳化劑的用量對乳液穩(wěn)定性有較大影響下。
HLB值不能夠完全體現(xiàn)乳化效率的高低，因此增加乳化劑用量到一定程度后，再增加乳化劑用量并不能提高乳化效率這點任智等人在非離子表而活性劑乳液穩(wěn)定性HLB規(guī)則研究中得到證明
1.3助乳化劑
助乳化劑在一般乳液體系對乳液的穩(wěn)定性起到積極作用。研究表明，復(fù)配后的乳化劑乳化能力雖然大大增強，卻對乳液穩(wěn)定性的貢獻有一定的限制，加入少量的穩(wěn)定劑或助乳化劑后，體系穩(wěn)定性大大改善。
助乳化劑使體系穩(wěn)定的原因:①形成更小的珠滴;②能提高界而膜的強度，使界面不易破裂;③能吸附在液滴表面，阻止液滴間的聚結(jié)作用，從而促進乳液穩(wěn)定存在。
在文獻中有關(guān)于添加助表面活性劑降低油/水界面張力、增加界而膜流動性、調(diào)節(jié)HLB值的作用的報道。也有文獻指出，脂肪醇等極性有機物具有較小的親水端基，能與界面吸附層中表面活性劑形成“復(fù)合物”，使界面膜強度大為提高。
高聚物助乳化劑對一乳狀液穩(wěn)定性影響的作用機理是，當乳狀液的分散液滴表面吸附高聚物時形成高分子吸附層有阻止液滴間的聚合作用而使乳狀液穩(wěn)定高聚物分子的突出部分是有起到有效位阻穩(wěn)定作用的部分
一些助乳化劑的水溶液中存在晶狀結(jié)構(gòu)，當把油相分散在表而活性劑液晶相中時，形成油分散在表面活性液晶相中的乳狀液，在這種結(jié)構(gòu)中表面活性劑在油滴表面形成定向排列結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮表面活性劑降低界面張力作用，并使界面膜的強度增加當形成油/層狀液品乳液，外觀為透明凝膠狀時，向此乳狀液中加人水，即可生成細微油珠分散在水中的。
1.4乳液穩(wěn)定性的檢測方式
乳液穩(wěn)定性可通過不同方式測定一些研究中，通過測試乳液固含量、轉(zhuǎn)化率和凝膠率來考察乳化劑的選擇及乳狀液的穩(wěn)定性，或通過測試乳液的吸水率、私度及光吸收率等進行，而最簡單、最基本的考察方式通常有:靜置試驗、凍融試驗、離心分離及粒度分布等!
溫度耐受性試驗，即通過體系的熱負荷變化，了解乳狀液中的絮凝、聚結(jié)變化的趨勢以判斷乳狀液的穩(wěn)定性，包括高溫加速試驗法、低溫加速試驗法、高溫-低溫循環(huán)加速法及凍結(jié)-融解。
2試驗部分
2.1設(shè)計正交試驗
通過轉(zhuǎn)相乳化法研究聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯和山梨醇酯單月桂酸酯的用量、配比及添加助劑對硅油、白油乳化體系穩(wěn)定性的影響。
聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯、山梨醇酯單月桂酸酯選取比例選擇滿足油相所需HL13值要求。設(shè)定乳化溫度600C ,剪切速率1 500 r / min，助乳化劑添加方式為:助乳化劑和乳化劑一起添加在油相中。
2.2助劑對乳化體系影響的試驗
1)助劑的添加量對體系的影響:選擇不同助劑的添加質(zhì)量:0.5%, 1%, 2%, 5%;
2)助劑的添加方式對體系的影響:①將助乳化劑溶于水相，對添加了乳化劑的油進行乳化;②將助乳化劑和乳化劑一起添加在油相中，進行轉(zhuǎn)相乳化。
3結(jié)果及討論
3.1正交試驗安排和結(jié)果
3.1.1正交試驗安排和結(jié)果。
3.1.2結(jié)果分析
在試驗中發(fā)現(xiàn)，隨著乳化劑用童的增多，乳液體系越穩(wěn)定，當乳化劑用量從2.2%增長到32%時，乳液穩(wěn)定性增強，當乳化劑的含量繼續(xù)增大，乳液的穩(wěn)定性并沒有隨乳化劑增大而增長。這是因為乳化劑用量少，形成的膠束數(shù)目少，導(dǎo)致乳液中分散相的液滴相互接觸，靠攏成團，乳液出現(xiàn)絮凝;當絮凝的液珠發(fā)生合并，原來的小液珠的液膜被破壞，形成體積較大而界面積較小的液珠時，發(fā)生聚結(jié)，直接導(dǎo)致了乳液不穩(wěn)定;當乳化劑用量繼續(xù)增加，膠束數(shù)目隨之增加，乳化反應(yīng)的'場所增多，生成了更多數(shù)目的液珠，從而液珠的粒徑減小，但粒徑的減小導(dǎo)致乳化劑濃度變低，使分散相液滴更容易聚結(jié)，導(dǎo)致粒徑增大，乳液不穩(wěn)定。
試驗同時發(fā)現(xiàn)，當聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯和山梨醇酯單月桂酸酯的比例為3:1時，乳液體系的各項性能較好分析原因是：離子表面活性劑吸附在液滴表面形成緊密而帶有溶劑化的單分子吸附層，防止粒子的聚結(jié)，吸附層越厚密，粒子間吸引力越差，乳液穩(wěn)定性越好，聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸醋和山梨醇配單月桂酸醋比例增加，吸附層厚密度增強，乳液更穩(wěn)定試驗未探討比例繼續(xù)增加，厚密度是否繼續(xù)增加。
3.2助劑對乳化體系影響的試驗結(jié)果及分析
3.2.1助劑的添加量及添加方式對體系的影響結(jié)果
乳液外觀明顯不穩(wěn)定時，離心穩(wěn)定性、凍融試驗及觀察乳液粒徑均勻度不再進行考察。
3.2.2結(jié)果分析
乳化助劑的添加對乳液穩(wěn)定性有一定影響當助劑L5-100加人體系中能對體系穩(wěn)定性起到積極影響，隨著L5-100的增加，乳液穩(wěn)定性變強，當助劑的添加量為2%時，通過將助劑添加到水中的添加方式就能起到使乳液穩(wěn)定的作用;當助劑的添加量為5%時，2種方式添加助劑均能使乳液體系穩(wěn)定同時，不同的助劑添加方式對乳液穩(wěn)定性也有影響，當使用方式①添加L5-100時，乳液的穩(wěn)定性更好，所需的助劑也更少這是因為L5-100對乳液體系的穩(wěn)定性、粒徑分布及變化、動態(tài)表而張力的影響很大在早先的研究中，對L5- 100影響乳液穩(wěn)定性的機理就做出了解釋，認為L5-100作為一種非離子型聚合物，可以通過空間位阻達到穩(wěn)定粒子的效果，使乳液穩(wěn)定
4結(jié)論
液體系最穩(wěn)定;但乳化劑用量增加到4.2%時，穩(wěn)定性反而下降。
助乳化劑L5-100添加量為2%時，將助劑添加在水相中乳化反應(yīng)可得到穩(wěn)定乳液;助劑L5-100添加量為5%時，將助劑和乳化劑共同添加到油相中乳化反應(yīng)也可得到穩(wěn)定乳液。
總之，乳化劑的用量及配比、乳化助劑的添加和加人方式對本體系乳液的穩(wěn)定性有明顯影響.
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