乳化剂是能使两种或两种以上互不相溶的组分的混合液体形成稳定的乳状液的一类物质。其作用原理是在乳化过程中,分散相以微滴(微米级)的形式分散在连续相中,乳化剂降低了混合体系中各组分的界面张力,并在微滴表面形成较坚固的薄膜或由于乳化剂给出的电荷而在微滴表面形成双电层,阻止微滴彼此聚集,而保持均匀的乳状液。
乳化剂是促进乳液稳定不可缺少的组成部分,对乳状液的稳定性起重要作用。为了形成稳定的乳状液,使分散相分散成极小的液滴,乳化剂的使用和选择也很重要。乳化剂主要是通过降低界面自由能,形成牢固的乳化膜,以形成稳定的乳状液。降低界面自由能,液滴粒子形成球状,以保持小表面积。两种不同的液体形成乳液的过程是两相液体之间形成大量新界面的过程。液滴越小,新增界面越大,液滴粒子表面的自由能就越大。乳化剂吸附于液滴表面,可有效降低表面张力或表面自由能。乳化剂吸附于液滴周围,在液滴周围定向排列成膜,从而降低油水界面张力,有效阻止液滴聚集。乳化剂在液滴表面排列越整齐,乳化膜越牢固,乳状液越稳定。
乳化的目的是减少乳液制备消耗的能量。为了保持乳液的稳定性,所以乳化剂应具备较强的乳化能力,能形成牢固的乳化膜,以及具有安全、无局部刺激性、稳定性好且受外界因素较小的性质。
乳化剂的表面作用及其稳定性
界面的形成以及稳定性的机理:
1.在界面上乳化剂的密度大,乳化剂分子在小液滴的外面形成保护膜,从几何空间结构观点来看这是合理的,从能量角度来说是符合能量低原则的,因而形成的乳状液相对稳定;
2.因为乳状液的形成使体系界面面积大大增加,也就是对体系要做功,从而增加了体系的界面能,就导致了体系不稳定。因此,减少其界面张力,使总的界面能下降,可以增加体系的稳定性;表面活性剂作为良好的乳化剂就是能够降低界面张力。根据的“相似相溶原理”可知,乳化剂中的亲油基、亲水基会插入同性质的一侧,使其自身处于水-油界面处。在乳化的过程中,乳化剂的量与乳化温度成反比。提高乳化温度时液体分子之间的距离增加,表面层分子所受液体内部的吸引力减少,因而表面张力降低;
3. 在体系中加入乳化剂后,在降低界面张力的同时,形成一层界面膜,界面膜对分散相液滴具有保护作用,使其在布朗运动中的相互碰撞的液滴不易聚结,而液滴的聚结(破坏稳定性)是以界面膜的破裂为前提,因此,界面膜的机械强度是决定乳状液稳定的主要因素之一。
乳化剂从来源上可分为天然物和人工合成品两大类。而按其在两相中所形成乳化体系性质又可分为水包油(O/W)型和油包水(W/O)型两类。
衡量乳化性能常用的指标是亲水亲油平衡值(HLB值)。HLB值低表示乳化剂的亲油性强,易形成油包水(W/O)型体系;HLB值高则表示亲水性强,易形成水包油(O/W)型体系。因此HLB值有一定的加和性,利用这一特性,可制备出不同HLB值系列的乳液。
乳化剂是通过增加其稳定乳液的物质动力学稳定性。乳化剂是被称为表面活性剂或”表面活性剂”的更广泛的化合物组的一部分。表面活性剂(乳化剂)是典型的两亲性化合物,这意味着它们具有极性或亲水性(即水溶性)部分和非极性(即疏水性或亲脂性)部分。因此,乳化剂在水中或油中的溶解度往往或多或少。较易溶于水(相板,较难溶于油)的乳化剂通常会形成水包油乳液,而较易溶于油的乳化剂会形成油包水乳液。