乳液与分散体系

乳液与分散液

• **乳液（emulsion）**：
• —— 一种液体（**分散相/内相**）以**微小液滴**形式分散在另一种液体（**连续相/外相**）中
• —— **液滴大小**：一般 **0.1～10 μm**
• —— 因为液滴对光散射 → 乳液通常呈**乳白色**（不透明）
• —— 例：**牛奶**（脂肪滴分散在水中）
• **类型**：
• —— **水包油（O/W，oil in water）**：
• —— **油滴**分散在**水中**
• —— 可以用**水稀释**
• —— **染整助剂绝大多数是 O/W 型**
• —— 例：硅油乳液、柔软剂乳液、防水剂乳液、黏合剂乳液
• —— **油包水（W/O）**：
• —— **水滴**分散在**油中**
• —— 用**油**稀释
• —— 例：某些乳化糊（邦浆 A）
• —— 判断方法：
• —— **稀释法**：能被**水**稀释的是 O/W；能被**油**稀释的是 W/O
• —— **染色法**：加**水溶性染料**，O/W 会整体着色
• —— **电导法**：O/W 导电（因为外相是水）
• **分散液（dispersion / suspension）**：
• —— **固体微粒**分散在液体中
• —— 例：**分散染料**（固体染料颗粒分散在水中）
• —— 例：**颜料**（涂料印花的颜料分散液）
• —— 颗粒大小：
• —— 分散染料：**0.5～2 μm**（要足够细，才能进入纤维、不堵网）
• —— 颜料：**0.1～1 μm**
• **乳液/分散液都是"不稳定体系"**：
• —— 热力学上**不稳定**（有**自动聚集、分层**的趋势）
• —— 因为：
• —— 分散后**界面面积大幅增加** → **界面能高**
• —— 系统总是趋向于**降低界面能** → **聚并、分层**
• —— 所以要加**乳化剂/分散剂**来**维持**稳定（动力学稳定）

稳定性的维持与破坏

• **维持稳定的机制**：
• ① **静电排斥**：
• —— **离子型**乳化剂/分散剂 → 液滴/颗粒表面**带电**
• —— 同性电荷**相互排斥** → **不易聚集**
• —— 用 **ζ 电位**衡量（|ζ| 越大越稳定）
• —— 例：阴离子分散剂（如分散剂 MF、NNO）让染料颗粒带**负电**
• ② **空间位阻**：
• —— **非离子**乳化剂（如聚醚类）→ 长链**伸展在水中**
• —— 两个颗粒靠近时，长链**互相挤压** → 熵减少 → **产生排斥**
• —— 例：**分散剂 NNO、木质素磺酸钠**
• —— **空间位阻**对**电解质**不敏感（这是优点）
• ③ **降低界面张力**：
• —— 乳化剂降低油水界面张力 → **更容易乳化**、液滴更细
• ④ **增大连续相粘度**：
• —— 加**增稠剂/保护胶体** → 液滴**不易沉降/上浮**
• —— 遵循 **Stokes 定律**（沉降速度与粘度成反比）
• **破坏稳定的因素（破乳）**：
• ① **电解质**：
• —— 压缩双电层 → **ζ 电位降低** → 静电排斥减弱 → **聚集**
• —— 例：在**阴离子**乳液中加入**盐/阳离子物质** → 破乳
• —— 这是"**阴离子助剂不能与阳离子助剂混用**"的原因
• ② **pH 变化**：
• —— 改变乳化剂的**电离状态** → 失去乳化能力
• —— 例：**脂肪酸皂**在酸性下变成**不溶的脂肪酸** → 破乳
• ③ **温度**：
• —— **升温**：布朗运动加剧 → 碰撞增多 → 聚集；乳化剂可能**脱水**（非离子）
• —— **浊点**现象（非离子表面活性剂）
• —— **降温/冷冻**：
• —— 水结冰 → 破坏乳化
• —— 液滴被"挤"在一起 → **聚并**
• —— 所以：乳液**不能冻**！
• —— 储存温度要 **5～40 ℃**
• ④ **机械剪切**：
• —— 过度搅拌、高速泵 → 可能破坏
• ⑤ **长时间存放**：
• —— 缓慢聚集（**奥氏熟化**）
• —— 或**沉降/上浮**（分层）
• ⑥ **微生物**：
• —— 某些乳化剂被微生物降解 → 破乳
• **破乳的表现**：
• —— **分层**（油水分离）
• —— **絮凝**（颗粒聚集但未合并，可再分散）
• —— **聚并**（颗粒合并成大液滴，不可逆）
• —— **沉淀**（分散的固体沉底）
• —— **结块**
• —— **返粗**（分散染料颗粒变大 → 染色出现**色点**）

常见产品的稳定性问题

• **① 有机硅柔软剂乳液**：
• —— 最常见的问题：**破乳、漂油**
• —— 表现：
• —— 乳液表面**漂一层油**
• —— 使用时在布上形成**硅斑（油斑）**
• —— 原因：
• —— **电解质**（与阴离子染料/助剂同浴）
• —— **pH 不当**
• —— **高温、冷冻**
• —— **存放过久**
• —— 与**不相容的助剂**混合
• —— 预防：
• —— **注意离子性匹配**（阳离子硅油不能与阴离子助剂同浴）
• —— **控制 pH**
• —— **避免冻、避免高温**
• —— **先进先出**
• —— **使用前检查**（看是否漂油、分层）
• —— **稀释后尽快用完**（稀释的乳液稳定性更差）
• **② 分散染料**：
• —— 问题：**返粗、沉淀**
• —— 表现：
• —— **色点、色渍**
• —— 得色变浅
• —— 原因：
• —— **化料水温过高**（> 60 ℃）
• —— **电解质过多**
• —— **母液存放过久**
• —— **高温下分散剂失效**
• —— **染料本身分散性差**
• —— 预防：见"色点与色渍"
• **③ 涂料印花黏合剂乳液**：
• —— 问题：**过早交联、凝胶**
• —— 表现：
• —— 乳液**变稠、结块**
• —— **堵网**
• —— 原因：
• —— **存放温度高**
• —— **pH 变化**
• —— **加入电解质**
• —— 预防：
• —— **阴凉储存**
• —— 色浆**现配现用**
• —— **避免加入不相容的物质**
• **④ 防水剂乳液**：
• —— 同样怕电解质、pH、冻
• —— 而且防水剂破乳后**效果大幅下降**

乳化与分散的实现

• **乳化设备**：
• —— **高剪切乳化机**（最常用）：
• —— 转子-定子结构，产生**强剪切** → 把油"打碎"成小液滴
• —— **高压均质机**：
• —— 高压下通过**狭缝** → 液滴被"挤碎"
• —— 效果最好（粒径小且均匀）
• —— **超声波乳化器**
• —— **胶体磨**
• **分散（固体）设备**：
• —— **砂磨机 / 球磨机**：
• —— 用**研磨介质**（玻璃珠、氧化锆珠）把固体颗粒**磨细**
• —— 这是**分散染料**和**颜料**生产的核心设备
• —— **高速分散机**（预分散）
• —— **三辊机**
• **粒径的控制**：
• —— **粒径越小**，稳定性越好（布朗运动抵抗沉降）、染色/印花性能越好
• —— 但：**太细**也有问题：
• —— 能耗高
• —— 可能需要更多分散剂
• —— 某些情况下**太细的颗粒**会**渗透过度**
• —— 一般：
• —— 分散染料：**0.5～2 μm**
• —— 颜料：**0.1～1 μm**
• —— 硅油乳液：**0.1～1 μm**
• **粒径的测定**：
• —— **激光粒度仪**（最常用）
• —— **显微镜**
• —— **沉降法**
• —— **浊度法**
• **乳化的关键：HLB 值**
• —— 乳化剂的选择要看 **HLB 值**（亲水亲油平衡值）
• —— **O/W 乳液**：需要 **HLB 8～18** 的乳化剂
• —— **W/O 乳液**：需要 **HLB 3～6**
• —— 被乳化的油也有"**所需 HLB 值**"
• —— 选乳化剂要**匹配**
• —— 详见"HLB 值与乳化选型"

相关词条

• 乳化剂（aux-emulsifier）
• 分散剂（dispersing-agent）
• HLB 值与乳化选型（aux-hlb）
• 色点与色渍（term-dye-spot）
• ζ电位与纤维表面电荷（term-zeta-potential）