乳状液与含油污水处理技术

乳状液(或称乳化体)是一种(或几种)液体以液珠形式分散在另一不相混容的液体之中所构成的分散体系。

乳状液中被分散的一相称作分散相或内相;另一相则称作分散介质或外相。显然，内相是不连续相，外相是连续相。

乳状液的分散相液珠直径约在0.1-10μm，故乳状液是粗分散体系的胶体。因此，稳定性较差和分散度低是乳状液的两个特征。 两个不相混容的纯液体不能形成稳定的乳状液，必须要加入第三组分(起稳定作用)，才能形成乳状液。例如，将苯和水放在试管里，无论怎样用力摇荡，静置后苯与水都会很快分离。但是，如果往试管里加一点肥皂，再摇荡时就会形成象牛奶一样的乳白色液体。仔细观察发现，此时苯以很小的液珠形式分散在水中，在相当长的时间内保持稳定，这就是乳状液。这里称形成乳状液的过程为乳化。而称在此过程中所加入的添加物(如肥皂)为乳化剂。

在制备乳状液时，通常乳状液的一相是水，另一相是极性小的有机液体，习惯上统称为"油"。根据内外相的性质，乳状液主要有两种类型，一类是油分散在水中，如牛奶、雪花膏等，简称为水包油型乳状液，用O/W表示;另一种是水分散在油中，如原油、香脂等，简称为油包水型乳状液，用W/O表示。这里要指出的是，上面讲到的油、水相不一定是单一的组分，经常每一相都可包含有多种组分。除上述两类基本乳状液外，还有一种复合乳状液，它的分散相本身就是一种乳状液，如将一个W/O的乳状液分散到连续的水相中，而形成一种复合的W/O/W型乳状液。

乳状液的外观一般常呈乳白色不透明液状，乳状液之名即由此而得。乳状液的这种外观是与分散相粒子之大小有密切关系。由胶体的光学性质可知，对一多分散体系，其分散相与分散介质的折光率一般不同，光照射在分散微粒(液滴)上可以发生折射、反射、散射等现象。当液滴直径远大于入射光的波长时，主要发生光的反射(也可能有折射、吸收)，当液滴直径远小于入射光波长时，则光可以完全透过，这时体系呈透明状。当液滴直径稍小于入射光波长时，则有光的散射现象发生，体系呈半透明状。一般乳状液的分散相液滴直径的大小大致在0.1-10μm(甚至更大)的范围，可见光波长为0.40-0.76μm，故乳状液中的反射较显著，因而一般乳状液是不透明的乳白色液体。这就是乳状液的微粒大小与外观之关系。对于液滴的直径在0.1μm以下的液-液分散体系，其外观是半透明的和透明，而不呈乳液状，常称为"微乳状液"，它的性质与乳状液有很大不同。

乳状液的制备在确定其合理的配方后，其乳化技术也是极其重要的。化妆品的制备主要是混合技术。虽然混合技术比较单纯，但作为化妆品，要求有多种功能和性质，要制备出性质优良和稳定的乳状液等化妆品，并不是一件简单的事。

(一)乳化技术乳状液是由水相和油相所组成的，乳状液的制备一般是先分别制备出水相和油相，然后再将它们混合而得到乳状液。

1、水相的制备按照配方，将水溶性物质如甘油、胶质原料等尽可能溶于水中。制备水相的温度，在很大程度上取决于油相中各成分的物理性质，水相的温度应接近油相的温度，如低于油相的温度。不宜超过10℃。在制备乳状液时，乳化剂的加入方式由多种，将乳化剂加入水中构成水相，然后在激烈搅拌下加入油相，形成乳状液的方法，常叫做剂在水中法的乳化方法。

2 、油相的制备根据配方，将全部油相成分一起溶解于一容器内，如油相成分中有高熔点的蜡、脂肪酸、醇等，则这时需要加热，融化油性成分，使其保持液体状态。另若油相溶液在冷却时，趋于凝固或冻结，则这时应使油相的温度保持在凝固温度以上至少10℃，以使油相保持液体状态，便于与水相进行乳化。当乳化剂使用非离子型表面活性剂时，常是将亲水性或亲油性乳化剂溶于油相中。用这种方法制备乳状液，常叫做剂在油中法。若能乳状液配方中有使用脂肪酸，则将脂肪酸溶于油相中，而将碱溶于水中，两相混合，即在界面形成皂。而得到稳定的乳状液。这种制备乳状液的方法叫做初生皂法，是一种较传统的制备乳状液的方法。

(二)乳化方法制备乳状液的乳化方法，除了前述的初生皂法、剂在水中法、剂在油中法之外，还有:

1、油、水混合法通常此法是水、油两相分别在两个容器内进行，将亲油性的乳化剂溶于油相，将亲水性乳化剂溶于水相，而乳化在第三容器内(或在流水作业线之内)进行。每一相以少量而交替地加于乳化容器中，直至其中某一相已加完，另一相余下部分以细流加入。如使用流水作业系统，则水、油两相按其正确比例连续投入系统中。

2、转相乳化法在一较大容器中制备好内相，乳化就在此容器中进行。(如若要制取O/W型乳状液，就在乳化容器中制备油相。)将已制备好的另一相(外相，在例中为水相)，按细流形式或一份一份地加入。起先形成W/O型乳状液，水相继续增加，乳状液逐渐增稠，但在水相加至66%以后，乳状液就突然发稀，并转变成O/W型乳状液，继续将余下地水相较快速加完，而最终得到O/W型乳状液。类似本例可制得W/O型乳状液。此种方法称为转相乳化法，由此法得到的乳状液其颗粒分散的很细，且均匀。

3、低能乳化法低能乳化法简记为LEE。通常的乳化方法大都是将外相、内相加热到80℃(75-90℃)左右进行乳化，然后进行搅拌、冷却，在这过程中需要消耗大量的能量。但从理论上看进行乳化并不需要这么多的能量，乳化需要的能量只影响乳状液的分散度和由表面活性剂引起的表面张力的降低，理论上可以计算出所需的能量，它与通常乳化所消耗的能量相比少得很多，即表明通常的乳化方法存在着大量能量的浪费，如冷却水所带走的热量都是白白丢弃了。因此，J.J.Lin(林约瑟夫)提出了低能乳化法。其方法原理是，在进行乳化时，外相不全部加热，而是将外相分成两部分，α相与β相，α和β分别表示α相与β相的重量分数(此处α+β=1)，只是对β相部分进行加热，由内相与β相进行乳化，制成浓缩乳状液，然后用常温的α外相进行稀释，最终得到乳状液。其原理可表示如下图 显然，这种乳化方法节省了许多能量，节能效率随外相/内相和α/β的比值增大而增大。这种方法不仅节约了能源，而且可提高乳化产品的效率，如缩短了制造时间，因为可大大缩短冷却过程时间，且可减少冷却水的使用节约了能量。这种低能乳化法不仅用于制造乳液和膏霜，还可以用于制造香波，但它主要适用于制备O/W型乳状液。上述所介绍的低能乳化法，其实只是一个基本原理，实际应用时，可依据乳状液的类型，油、水相的比例及其粘度等具体要求，设计出可行的低能乳化方案，其具体操作过程，对乳状液的质量都有影响。