界面活性剤のHLB値と乳化剤の選択
2020-06-16T09:59:40.000000Z特定の油水システムでどのような乳化剤を使用して、エマルジョンを調製するための鍵である最高の性能のエマルジョンを得ます。 最も信頼できる方法は実験的スクリーニングによるものであり、HLB値はスクリーニング作業に役立ちます。 実験を通してO / Wタイプ(水中油型)エマルションの乳化剤は、多くの場合、HLB値が8〜18であることがわかります。 W / Oタイプ(油中水型)エマルジョンの乳化剤として、そのHLB値は多くの場合3と6の間です。エマルジョンを調製するとき、望ましいエマルジョンのタイプに従って乳化剤を選択することに加えて、異なる油相特性には、乳化剤のHLB値に対するさまざまな要件があり、乳化剤のHLB値は次のようにする必要があります。乳化した油相は一貫している必要があります。 [4]乳化油の必要なHLB値を決定する簡単な方法があります。異なるHLB値を持つ乳化剤水溶液の表面での油滴の広がりを視覚的に検査します。 乳化剤のHLB値が大きい場合、オイルが完全に広がる、HLB値が下がるにつれて、オイルが特定のHLB値の乳化剤溶液に広がらなくなるまで広がりが難しくなり、この乳化剤のHLB値は、ほぼ乳化に必要なHLB値になります油。 ラフではありますが、操作は簡単で、得られた結果には一定の基準値があります。
HLB値と最良の乳化剤の選択:
各乳化剤には特定のHLB値があり、単一の乳化剤が複数のコンポーネントで構成されるシステムの乳化要件を満たすことが難しい場合がよくあります。 一般に、HLB値が異なる複数の乳化剤が混合され、混合乳化剤を形成するために使用されます。 複雑なシステムの要件を満たすために、乳化効果を大幅に向上させることができます。 油水系を乳化するために、次の手順に従って最適な乳化剤を選択できます。
油水システムの最良のHLB値の決定:
HLB値に大きな違いがある一対の乳化剤、たとえばSpan-60(HLB = 4.3)とTween-80(HLB = 15)を選択し、異なる比率で異なるHLB値を持つ一連の混合乳化剤を配合します。 一連の混合乳化剤はそれぞれ、指定された油水システムを一連の乳濁液にして、各乳濁液の乳化効率(乳濁液の安定時間または他の安定性特性で表すことができます)、および計算された混合乳化剤を測定しますHLB、描画、釣鐘型の曲線を得ることができます。曲線の最も高いピークに対応するHLB値は、指定されたシステムの乳化に必要なHLB値です。 明らかに、最も適切なHLB値は混合乳化剤を使用して取得できますが、この乳化剤は必ずしも最も効率的ではありません。 乳化剤のいわゆる良好な効率は、特定のエマルションを安定させるために必要な乳化剤の濃度が最も低いことを意味します! 価格が一番安いです。 乳化剤は高価ですが、必要な濃度は価格よりもはるかに低いです! 高濃度乳化剤は高効率です。
乳化剤の決定:
選択した乳化システムの必要なHLB値を維持することを前提として、混合する乳化剤のペアをいくつか選択し、各混合乳化剤のHLB値が上記の方法で決定された値になるようにします。 安定性、最も効率的な乳化剤のペアが見つかるまで乳化効率を比較します。 乳化剤の濃度についてはここでは触れていませんが、安定したエマルションが調製されるため、このマッチング方法には影響しません。必要なHLB値は、乳化剤の濃度とはほとんど関係ありません。 エマルションの不安定な領域では、乳化剤の濃度が非常に低いか、内相の濃度が高すぎると、この方法に影響します。 [6] HLB法は乳化の選択に使用されます。最良のHLB値に加えて、分散相および分散媒に対する乳化剤の親和性にも注意を払う必要があります。 理想的な乳化剤は、油相との親和性が高いだけでなく、水相との比較も必要です。 強い親和性。 小さいHLB値の乳化剤と大きいHLB値の乳化剤を混合して、両方の要件を考慮できる油相と水相との強い親和性を持つ混合フィルムを形成します。 したがって、単一の乳化剤を使用するよりも混合乳化剤を使用する方が効果的です。要約すると、指定されたシステムの乳化に必要な乳化剤配合を決定する方法は、任意に乳化剤のペアを選択し、特定の範囲内で混合比を変更し、最高の効率でHLB値を取得した後、複合乳化剤のタイプと比率を変更しますが、最も効率的な複合乳化剤が見つかるまで必要なHLB値を維持する必要があります。
HLB値と混合乳化剤の割合:
乳化剤を配合する際には、それぞれのHLB値と指定されたシステムに必要なHLB値から適切な量を得ることができます。 たとえば、酢酸ビニルのO / W乳化重合を行う場合、乳化剤の量は3%です。SDSとSpan-65を乳化剤として使用すると、SDSのHLB値は40、Span-65のHLB値であることがわかります。は2.1であり、乳化重合中に必要な平均HLB値は16.0です。 混合乳化剤でSpan-65としましょう。質量分率はw%、次に40(1-w%)+ 2.1w%= 16です。溶液はw%= 63.3%であり、混合乳化剤中のSDSの質量分率は36.7%。 酢酸中ビニルエステルのO / W乳化重合系では、Span-65の量が3%* 63.3%= 1.9%であることがわかります。 SDSの量は3%*(1-63.3%)= 1.1%です。
安定したエマルションを調製する場合、最適な乳化効果を達成するために最適な乳化剤を選択することが重要な問題です。 乳化剤の選択に完全な理論はありません。 界面活性剤のHLB値は、乳化剤の選択と複合乳化の決定にあります投与量比には多くの使用価値があります。 その利点は主に、単純に計算できる加法性に反映されています。 問題は、HLB値、特に温度に対する他の要因の影響が考慮されていないことです。 近年、大量の非イオン性乳化剤が特に顕著になっています。 さらに、HLB値は、エマルション形成のタイプを大まかに予測できるだけであり、乳化剤の濃度や、結果として得られるエマルションの安定性において、最高の乳化効果を与えることはできません。 したがって、乳化剤を選択するためのHLB値の使用はより効果的な方法ですが、特定の制限もあり、実際には他の方法と組み合わせる必要があります。
油中水(W / O)マイクロエマルジョン燃料を調製する場合、適切なHLB値は4〜6です。 異なる界面活性剤が配合された場合の相乗効果の観点から、混合界面活性剤と比較して、単一の界面活性剤がマイクロエマルジョン燃料を形成するために使用される場合の最適な界面活性剤投与量はより多く、すなわち、単一の界面活性剤の効率は低い界面活性剤は、親水基の相互引力により、マイクロエマルション燃料の水溶性を大幅に向上させることができ、その効率は混合されたポジティブ(またはネガティブ)-非イオン性界面活性剤よりも高いため、マイクロエマルション燃料の調製が推奨されます配合にはアニオン性およびカチオン性界面活性剤を使用してください。 アニオン性およびカチオン性混合界面活性剤では、混合脂肪酸塩は炭化水素鎖長が等しくないため、良好な相溶性効果があり、そのため、その界面活性剤効率は単一脂肪酸塩よりも優れています。
イオン性界面活性剤でマイクロエマルション燃料油を調製する場合、共溶媒(アルコール)が不可欠です。 最も広く使用されているのはC4-7中炭素アルコールで、n-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘプタノール、n-オクタノールがより優れています。 アルコールは主に油水界面層に分布しており、その水酸基は界面活性剤の極性基に近く、炭化水素鎖は界面活性剤の炭化水素鎖テールの間にあります。 その機能は、界面張力をさらに低減し、界面フィルムの流動性を高めることです。 界面活性剤のHLB値を調整します。これは、油と水の混和性を促進し、界面活性剤の濃度を下げ、油と水の添加量を増やします。 オレイン酸/アンモニア水、燃料油、アルコール、および水のマイクロエマルションシステムの形成プロセスの熱力学を研究することにより、マイクロエマルション燃料油の形成プロセスにおける標準自由エネルギー変化の絶対値は、燃料の相対分子量は減少し、燃料含有量が増加すると、マイクロエマルション燃料を形成するのが容易になります。 さらに、C4-7の炭素アミンとエーテルも共溶媒として使用できます。たとえば、n-ヘキシルアミンとグリコールエーテルは非常に効果的な共溶媒です。 マイクロエマルションの形成中に、電解質(NH4N03、NaClなど)を適切に追加すると、ミセルの表面膜の硬度が増加し、共溶媒の含有量が減少するため、界面活性剤の濃度が低下し、効率が向上します。界面活性剤の。 しかし、塩は燃料の燃焼に有害であり、シリンダーやその他のコンポーネントの腐食を加速させます。
界面活性剤のHLB値を調整します
マイクロエマルションを調製するとき、不適切なHLB値を持つ界面活性剤は、共界面活性剤で適切な範囲に調整できます。
共界面活性剤を選択する際の考慮事項は、界面活性剤の選択と同様です。 一般的に使用される共界面活性剤は、中および高炭素脂肪アルコール、ラノリン誘導体、コレステロール、エチレングリコールなどです。 非イオン性界面活性剤は有効な可溶化剤であるため、HLB値が低い非イオン性界面活性剤は、一般に共界面活性剤として分類されます。 Friberg et al。 W / Oエマルションでは、ポリオキシエチレンアルキルエーテルがイオン性界面活性剤の共界面活性剤として使用できることを指摘しました。 ポリオキシエチレンの鎖長は、マイクロエマルションの水への可溶化に影響します。
マイクロエマルションという用語は、1943年にHearとSchalmerによって最初に作り出されました。
マイクロエマルションと従来のエマルションのもうXNUMXつの際立った特徴は、マイクロエマルション構造の大きなばらつきです。 従来のマイクロエマルションは、基本的にW / OとO / WのXNUMXつのタイプに分類できます。マイクロエマルションは、W / Oタイプの構造からO / Wタイプの構造に連続的に変化できます。 システムが水に富んでいる場合、油相は均一なビーズの形で連続相に分散され、O / Wタイプの順相マイクロエマルションを形成します。 システムが油に富んでいる場合、水相は均一なビーズの形で分散します。連続相では、W / O逆マイクロエマルションが形成されます。 システム内の水と油の量が等しい場合、水相と油が同じ場合は連続相であり、XNUMXつはランダムに接続され、二重連続相構造と呼ばれます。現時点では、システムは逆の領域にあります。
界面張力を減らす
界面活性剤のみが使用されている場合、CMCに達した後、界面張力はもはや低下しません。 このとき、界面活性剤とは性質の異なる共界面活性剤を一定濃度添加すると、界面張力がさらに低下し、界面に吸着する界面活性剤と共界面活性剤が増える。 液滴の界面張力がy <10 NN / cmの場合、自発的にマイクロエマルジョンを形成でき、y> 10-5N / cmの場合、粗いエマルジョンが生成されます。 もちろん、コハク酸などのいくつかのイオン性界面活性剤がありますオクチルスルホン酸ナトリウム(AOT)は、XNUMXつの炭化水素基を持つ極性ヘッドによって特徴付けられるため、共界面活性剤を必要とせずにマイクロエマルションを生成できます。 非イオン性界面活性剤の中には、HLB値に近いものもあります。 同様の特性。
界面フィルムの流動性を高める
マイクロエマルション液滴を形成する場合、大きな液滴が小さな液滴に分散し、界面を変形および再形成する必要があり、これには界面曲げエネルギーが必要です。 共界面活性剤を追加すると、界面の剛性が低下し、界面の流動性が高まり、マイクロエマルジョンが生成されるときに必要な曲げエネルギーが減少し、マイクロエマルジョンの液滴が容易に生成されます。
HLB値と最良の乳化剤の選択:
各乳化剤には特定のHLB値があり、単一の乳化剤が複数のコンポーネントで構成されるシステムの乳化要件を満たすことが難しい場合がよくあります。 一般に、HLB値が異なる複数の乳化剤が混合され、混合乳化剤を形成するために使用されます。 複雑なシステムの要件を満たすために、乳化効果を大幅に向上させることができます。 油水系を乳化するために、次の手順に従って最適な乳化剤を選択できます。
油水システムの最良のHLB値の決定:
HLB値に大きな違いがある一対の乳化剤、たとえばSpan-60(HLB = 4.3)とTween-80(HLB = 15)を選択し、異なる比率で異なるHLB値を持つ一連の混合乳化剤を配合します。 一連の混合乳化剤はそれぞれ、指定された油水システムを一連の乳濁液にして、各乳濁液の乳化効率(乳濁液の安定時間または他の安定性特性で表すことができます)、および計算された混合乳化剤を測定しますHLB、描画、釣鐘型の曲線を得ることができます。曲線の最も高いピークに対応するHLB値は、指定されたシステムの乳化に必要なHLB値です。 明らかに、最も適切なHLB値は混合乳化剤を使用して取得できますが、この乳化剤は必ずしも最も効率的ではありません。 乳化剤のいわゆる良好な効率は、特定のエマルションを安定させるために必要な乳化剤の濃度が最も低いことを意味します! 価格が一番安いです。 乳化剤は高価ですが、必要な濃度は価格よりもはるかに低いです! 高濃度乳化剤は高効率です。
乳化剤の決定:
選択した乳化システムの必要なHLB値を維持することを前提として、混合する乳化剤のペアをいくつか選択し、各混合乳化剤のHLB値が上記の方法で決定された値になるようにします。 安定性、最も効率的な乳化剤のペアが見つかるまで乳化効率を比較します。 乳化剤の濃度についてはここでは触れていませんが、安定したエマルションが調製されるため、このマッチング方法には影響しません。必要なHLB値は、乳化剤の濃度とはほとんど関係ありません。 エマルションの不安定な領域では、乳化剤の濃度が非常に低いか、内相の濃度が高すぎると、この方法に影響します。 [6] HLB法は乳化の選択に使用されます。最良のHLB値に加えて、分散相および分散媒に対する乳化剤の親和性にも注意を払う必要があります。 理想的な乳化剤は、油相との親和性が高いだけでなく、水相との比較も必要です。 強い親和性。 小さいHLB値の乳化剤と大きいHLB値の乳化剤を混合して、両方の要件を考慮できる油相と水相との強い親和性を持つ混合フィルムを形成します。 したがって、単一の乳化剤を使用するよりも混合乳化剤を使用する方が効果的です。要約すると、指定されたシステムの乳化に必要な乳化剤配合を決定する方法は、任意に乳化剤のペアを選択し、特定の範囲内で混合比を変更し、最高の効率でHLB値を取得した後、複合乳化剤のタイプと比率を変更しますが、最も効率的な複合乳化剤が見つかるまで必要なHLB値を維持する必要があります。
HLB値と混合乳化剤の割合:
乳化剤を配合する際には、それぞれのHLB値と指定されたシステムに必要なHLB値から適切な量を得ることができます。 たとえば、酢酸ビニルのO / W乳化重合を行う場合、乳化剤の量は3%です。SDSとSpan-65を乳化剤として使用すると、SDSのHLB値は40、Span-65のHLB値であることがわかります。は2.1であり、乳化重合中に必要な平均HLB値は16.0です。 混合乳化剤でSpan-65としましょう。質量分率はw%、次に40(1-w%)+ 2.1w%= 16です。溶液はw%= 63.3%であり、混合乳化剤中のSDSの質量分率は36.7%。 酢酸中ビニルエステルのO / W乳化重合系では、Span-65の量が3%* 63.3%= 1.9%であることがわかります。 SDSの量は3%*(1-63.3%)= 1.1%です。
安定したエマルションを調製する場合、最適な乳化効果を達成するために最適な乳化剤を選択することが重要な問題です。 乳化剤の選択に完全な理論はありません。 界面活性剤のHLB値は、乳化剤の選択と複合乳化の決定にあります投与量比には多くの使用価値があります。 その利点は主に、単純に計算できる加法性に反映されています。 問題は、HLB値、特に温度に対する他の要因の影響が考慮されていないことです。 近年、大量の非イオン性乳化剤が特に顕著になっています。 さらに、HLB値は、エマルション形成のタイプを大まかに予測できるだけであり、乳化剤の濃度や、結果として得られるエマルションの安定性において、最高の乳化効果を与えることはできません。 したがって、乳化剤を選択するためのHLB値の使用はより効果的な方法ですが、特定の制限もあり、実際には他の方法と組み合わせる必要があります。
油中水(W / O)マイクロエマルジョン燃料を調製する場合、適切なHLB値は4〜6です。 異なる界面活性剤が配合された場合の相乗効果の観点から、混合界面活性剤と比較して、単一の界面活性剤がマイクロエマルジョン燃料を形成するために使用される場合の最適な界面活性剤投与量はより多く、すなわち、単一の界面活性剤の効率は低い界面活性剤は、親水基の相互引力により、マイクロエマルション燃料の水溶性を大幅に向上させることができ、その効率は混合されたポジティブ(またはネガティブ)-非イオン性界面活性剤よりも高いため、マイクロエマルション燃料の調製が推奨されます配合にはアニオン性およびカチオン性界面活性剤を使用してください。 アニオン性およびカチオン性混合界面活性剤では、混合脂肪酸塩は炭化水素鎖長が等しくないため、良好な相溶性効果があり、そのため、その界面活性剤効率は単一脂肪酸塩よりも優れています。
イオン性界面活性剤でマイクロエマルション燃料油を調製する場合、共溶媒(アルコール)が不可欠です。 最も広く使用されているのはC4-7中炭素アルコールで、n-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘプタノール、n-オクタノールがより優れています。 アルコールは主に油水界面層に分布しており、その水酸基は界面活性剤の極性基に近く、炭化水素鎖は界面活性剤の炭化水素鎖テールの間にあります。 その機能は、界面張力をさらに低減し、界面フィルムの流動性を高めることです。 界面活性剤のHLB値を調整します。これは、油と水の混和性を促進し、界面活性剤の濃度を下げ、油と水の添加量を増やします。 オレイン酸/アンモニア水、燃料油、アルコール、および水のマイクロエマルションシステムの形成プロセスの熱力学を研究することにより、マイクロエマルション燃料油の形成プロセスにおける標準自由エネルギー変化の絶対値は、燃料の相対分子量は減少し、燃料含有量が増加すると、マイクロエマルション燃料を形成するのが容易になります。 さらに、C4-7の炭素アミンとエーテルも共溶媒として使用できます。たとえば、n-ヘキシルアミンとグリコールエーテルは非常に効果的な共溶媒です。 マイクロエマルションの形成中に、電解質(NH4N03、NaClなど)を適切に追加すると、ミセルの表面膜の硬度が増加し、共溶媒の含有量が減少するため、界面活性剤の濃度が低下し、効率が向上します。界面活性剤の。 しかし、塩は燃料の燃焼に有害であり、シリンダーやその他のコンポーネントの腐食を加速させます。
界面活性剤のHLB値を調整します
マイクロエマルションを調製するとき、不適切なHLB値を持つ界面活性剤は、共界面活性剤で適切な範囲に調整できます。
共界面活性剤を選択する際の考慮事項は、界面活性剤の選択と同様です。 一般的に使用される共界面活性剤は、中および高炭素脂肪アルコール、ラノリン誘導体、コレステロール、エチレングリコールなどです。 非イオン性界面活性剤は有効な可溶化剤であるため、HLB値が低い非イオン性界面活性剤は、一般に共界面活性剤として分類されます。 Friberg et al。 W / Oエマルションでは、ポリオキシエチレンアルキルエーテルがイオン性界面活性剤の共界面活性剤として使用できることを指摘しました。 ポリオキシエチレンの鎖長は、マイクロエマルションの水への可溶化に影響します。
マイクロエマルションという用語は、1943年にHearとSchalmerによって最初に作り出されました。
マイクロエマルションと従来のエマルションのもうXNUMXつの際立った特徴は、マイクロエマルション構造の大きなばらつきです。 従来のマイクロエマルションは、基本的にW / OとO / WのXNUMXつのタイプに分類できます。マイクロエマルションは、W / Oタイプの構造からO / Wタイプの構造に連続的に変化できます。 システムが水に富んでいる場合、油相は均一なビーズの形で連続相に分散され、O / Wタイプの順相マイクロエマルションを形成します。 システムが油に富んでいる場合、水相は均一なビーズの形で分散します。連続相では、W / O逆マイクロエマルションが形成されます。 システム内の水と油の量が等しい場合、水相と油が同じ場合は連続相であり、XNUMXつはランダムに接続され、二重連続相構造と呼ばれます。現時点では、システムは逆の領域にあります。
界面張力を減らす
界面活性剤のみが使用されている場合、CMCに達した後、界面張力はもはや低下しません。 このとき、界面活性剤とは性質の異なる共界面活性剤を一定濃度添加すると、界面張力がさらに低下し、界面に吸着する界面活性剤と共界面活性剤が増える。 液滴の界面張力がy <10 NN / cmの場合、自発的にマイクロエマルジョンを形成でき、y> 10-5N / cmの場合、粗いエマルジョンが生成されます。 もちろん、コハク酸などのいくつかのイオン性界面活性剤がありますオクチルスルホン酸ナトリウム(AOT)は、XNUMXつの炭化水素基を持つ極性ヘッドによって特徴付けられるため、共界面活性剤を必要とせずにマイクロエマルションを生成できます。 非イオン性界面活性剤の中には、HLB値に近いものもあります。 同様の特性。
界面フィルムの流動性を高める
マイクロエマルション液滴を形成する場合、大きな液滴が小さな液滴に分散し、界面を変形および再形成する必要があり、これには界面曲げエネルギーが必要です。 共界面活性剤を追加すると、界面の剛性が低下し、界面の流動性が高まり、マイクロエマルジョンが生成されるときに必要な曲げエネルギーが減少し、マイクロエマルジョンの液滴が容易に生成されます。