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1、乳化原理与乳化技术 第一节乳化机理 一 表面张力与界面张力 二 乳化体的稳定三 乳化体的分层 变型及破乳 一 表面张力与界面张力 分子间在短距离内存在范德华引力 但表面层分子与内部分子不同 分子处于液体内部 受四周邻近相同分子的作用力是对称的 各个方向的力彼此抵消 分子处于液体表面 受的引力不等 气体分子的引力小于液体分子的引力 结果表面 界面 上的分子受到一种垂直指向液体内部的引力 如果要形成新的表面 必须把体相内的分子迁移到表面层 就要克服吸引力而消耗功 形成一单位面积新表面所需消耗的功称为 比 表面能 界面张力是突破两个不相混溶的液体界面的力 当油水两相的界面张力降低时 乳化体迅速形成
2、从热力学上说 当界面张力等于零时 乳化体将自动形成 界面张力比零大 乳化体从热力学上说是不稳定的 实质上 一般化妆品乳化体 要求有2 3年的稳定性寿命 而不是 也不可能是永恒稳定的 二 乳化体的稳定 1 降低界面张力 2 界面上的保护膜 3 粒子的带电 4 分散相的浓度和黏度 乳化体的稳定性决定于下列几个因素 1 分层 2 变型 3 破乳 三 乳化体的分层 变型及破乳 第二节乳化剂 一 乳化剂的选择二 HLB的意义三 化妆品中乳化剂的发展四 乳化体的类型与配制五 乳化技术 乳化剂 乳化剂是表面活性物质的一种 理论上 我们把能显著降低表面张力的物质称为表面活性物质 从表面活性剂的分子结构特点来看
3、 一个分子包括亲水和亲油两个部分 在油水界面上 由于 相似相溶 特性将油相和水相连接起来 从而降低了界面的张力 同时也由于表面活性剂分子的结构特点也降低了油 水相的极性差 引起了稳定作用 乳化剂的选择和应用必须考虑其类型和效率 1 从经济以及质和量的关系方面考虑 应该采用最便宜的乳化剂 或是在稳定性允许之下 用最少量的乳化剂 2 从化学方面考虑 应注意如何为一个指定体系选择合适的乳化剂 外界条件对这一选择有何影响 乳化剂与化妆品中其他组成的适应性 3 从商品方面考虑 色相要白 无臭味及不愉快的气味 无毒性 在皮肤上的感觉 稠度等都要适中 稳定性好 不随时间的变化而变色 变味 4 化妆品中可用的
4、乳化剂有200 300种 品种繁多 性能各异 一 乳化剂的选择 格列芬 Griffin 提出了HLB方法部分地解决了选择乳化剂的关键问题 表面活性剂分子中亲水基的亲水性与亲油基的亲油性之比 决定了活性剂的性质和用途 用数字来表示这个关系的方法称为HLB方法 HLB即意味亲水亲油的平衡 Hydrophile Lipophile Balance 实质上 HLB值是由分子的化学结构 极性的强弱或者是分子中的水合作用决定的 一般来说 可溶于油中或亲油性的物质具有较低的HLB值 反之 那些溶于水中或亲水性的物质具有较高的HLB值 二 HLB的意义 化妆品所使用的乳化剂为数很多 纵观这类乳化剂的变迁 则与
5、化妆品的发展和乳化技术密切相关 三 化妆品中乳化剂的发展 1 油 水型乳化体2 水 油型乳化体3 微乳化体4 无水乳化体 5 彩色乳化体 四 乳化体的类型与配制 油 水型乳化体 欲制备油 水型乳化体 必须选用一种在乳化体的水相中溶解度较大的乳化剂 水 油型乳化体 欲制成水 油型乳化体 乳化剂必须具有以下的特性 1 必须在油相中的溶解性良好 2 必须能降低两相界面张力 3 必须能形成一种无电荷的坚强界面膜 这种类型的膜将会阻止分散水珠的聚集 4 必须在油水界面上能迅速吸附 1 微乳化体 透明乳化体 可溶性油 胶束乳化体 胶束溶液 是一些变化地用于视觉上定义确切的水油乳化体系的术语 微乳化体是一种
6、新的化妆品载体 2 形成微乳化体必须具备条件 微乳化体 形成微乳化体必须具备条件 1 乳化剂的类型和在体系中的浓度必须能产生一个较稳定的负表面张力 乳化剂与分散相比 大到足以保证在分散相最小的液珠周围形成一层保护膜 2 界面膜不能发生太强的凝聚 否则不能产生足够高的曲率 不宜促使形成小120nm的液 3 非极性油必须与界面膜相互渗透结合在一起 一种较稳定的负界面张力 引起液珠自然分裂 避免相分离 当液珠变小 界面张力增加 乳化剂由于吸附而减少 巨大的表面积说明需要大量的乳剂才能形成微乳化体 若体系中加入了一种非离子型脂肪族化合物 可形成具有较强的结构而很少凝聚的膜 1 不同与含油 水两相一般乳
7、化体2 采用各种多元醇和橄榄油等油类作为两相制成乳化体的无水的乳化体 3 通常用橄榄油 甘油 丙烯乙二醇 聚氧乙烯400与阴离子型乳化剂可以制得无水乳化体 无水乳化体 当油 水相具有相同的折光率 或者分散相液珠直径小于1 4可见光的波长时 可以得到一透明乳化体 当果当油 水两相中存在十分不同的色散率 那么就能得到一种彩色乳化体 彩色乳化体 一 加入乳化剂的方式 二 混合方式 五 乳化技术 加入乳化剂的方式 1 剂在水中法 2 剂在油中法 3 初生皂法 4 轮流加液法 剂在水中法 此法将乳化剂直接溶于水中 在激烈搅拌下将油加入 此法可直接产生油 水乳化体 若欲得水 油型的 则继续加油直至发生变型
8、 剂在油中法 将乳化剂溶于油相 有两种方式可得乳化体 1 将混合物直接加入水中 油 水型乳化体自发地形成 2 将水直接加入混合物中 即得水 油型乳化体 如欲得油 水型的 则须继续加水直到变型 初生皂法 用皂稳定的油 水或水 油型乳化体皆可用此法制备 将脂肪酸溶于油中 将碱溶于水中 两相接触 在界面即有皂生成 因而得到稳定的乳化体 轮流加液法 将水和油轮流加入乳化剂中 每次只加少量 1 机械搅拌混合法2 胶体磨混合法3 超声波乳化器混合法4 均质器混合法 混合方式 机械搅拌混合法 方法 用螺旋桨搅拌器较高速度制备乳状液优点 设备简单 操作方便缺点 是分散度低 不均匀 且易混入空气 应用 实验室和
9、工业化生产中常用 胶体磨混合法 方法 将待分散的体系由进料斗加入到胶体磨中 在磨盘间切力的作用下使待分散物料分散为极细的液滴 乳状液由出料口放出 上下磨盘间的隙缝可以调节 超声波乳化器混合法 用超声波乳化器制备乳状液是实验室中常用的乳化方式 它是靠压电晶体或磁致伸缩方法产生的超声波破碎分散的液体 大规模制备乳状液的方法则是用哨子形喷头 将待分散液体从一小孔中喷出 射在一极薄的刀刃上 刀刃发生共振 其振幅和频率由刀的大小 厚薄以及其他物理因素来控制 均质器混合法 均质器实际是机械加超声波的复合装置 将待分散的液体加压 从一可调节的狭缝中喷出 在喷出过程中超声波也在起作用 均质器设备简单 操作方便
10、 其核心是一台泵 可加压到60MPa 一般在20 40MPa下操作 均质器的优点是分散度高 均匀空气不易混入 第三节影响乳化的因素 1 乳化设备2 乳化时间3 乳化温度4 搅拌速度 乳化设备 制备乳状液的机械设备主要是乳化机 它是一种使油 水两相混合均匀的乳化设备乳化机的类型 乳化机的类型及结构 性能等与乳状液微粒的大小 分散性 及乳状液的质量 稳定性 有很大的关系 与搅拌式乳化机相比 胶体磨和均质器是较好的乳化设备 近年来乳化机械有很大的进步 用真空乳化机制备出的乳状液的分散性和稳定性极佳 乳化时间 乳化时间影响乳状液的质量 乳时间的确定 主要根据油相 水相的容积比 两相的黏度及生成乳状液的
11、黏度 乳化剂的种类及用量 乳化温度等因素 乳化时间的多少还与乳化设备的效率紧密相连 为使体系进行充分的乳化 可依据经验和实验来确定乳化时间 1 乳化温度对乳化液有很大的影响 如乳化温度对乳状液微粒大小也有影响 2 对温度并无严格的限制 温度根据原料性质不同而选择适宜的温度 3 当油 水两均为液体时 在室温下借助搅拌 就可达到乳化 4 一般情况下 乳化温度取决于两相中所含有的高熔点物质的温度 同时还要考虑乳化剂种类及油相与水相的溶解度等因素 5 两相的温度需保持相同 尤其对含有较高熔点 70 以上 的蜡 脂等油相成分 进行乳化时 勿将低温的水相加入 以防止在未乳化前而将蜡 脂结晶析出 造成块状或
12、粗糙不匀乳状液 6 一般来说 在进行乳化时 油 水两相的温度皆可控制在75 85 之间 如油相中有高熔点的蜡等成分 则此时乳化温度就要高一些 7 在乳化过程中如黏度增加很大 而影响搅拌 则可适当提高一些乳化温度 8 若使用的乳化剂具有一定的转相温度 则乳化温度也最好选在转相温度左右 乳化温度 1 乳化设备对乳化有很大影响的原因之一就是搅拌速度对乳化的影响 2 搅拌速度适中是为使油相与水相充分地混合 搅拌速度过低 显然达不到充分混合的目的 但搅拌速度过高 会将气泡带入体系 使之成为三相体系 而使乳状液不稳定 搅拌速度 溶胶的光学性质 溶胶的运动性质 布郎运动 溶胶中的分散相粒子由于受到来自四面八方的做热运动的分散介质的撞击而引起的无规则的运动 溶胶的电学性质
