a. Nhũ tương: là những hệ phân tán gồm những hạt của một chất lỏng không tan phân tán trong một chất lỏng khác.
Cả hai chất lỏng tạo ra nhũ tương phải không hoặc ít tan vào nhau. Đe việc phân tán hạt chất lỏng vào môi trường lỏng được bền thì cần đưa vào hệ chat on định gọi là chất nhũ hóa. Tỷ trọng của 2 pha lỏng này càng gần nhau thì nhũ tương càng bền, ít tách lớp.
Độ phân tán của nhũ tương thường tháp hơn rất nhiều so với hệ keo rắn trong lỏng, do đỏ kích thước các tiểu phân thường lớn hơn tiểu phân hệ keo.
4.2.1.1. Phân loại nhũ tương
a. Theo pha phân tán và môi trường phân tán người ta phân ra:
ỊỊ - Nhũ tương dầu trong nước (D/N)
ÌỊ - Nhũ tương nước trong dầu (N/D) /&•'>" ^ ^ ' ỉ I - Nhũ tương kép
- Siêu nhũ tương
Nhữ tương dầu trong nước: pha phân tán là dầu, môi trường phân tán là nước. Ký hiệu D/N. Ngược lại là nhũ tương nước trong dầu: pha phân tán là nước, môi trường phân tán là dầu. Ký hiệu N/D
b. Theo nồng độ của pha phân tán:
- Nhũ tương loãng ; đó là những nhũ tương có nồng độ pha phân tán nhỏ hơn 1%. Khi đó hạt nhũ tương nhỏ, hình cầu và hệ bền.
- Nhũ tương đặc: khi nồng độ chất phân tán khoảng từ 1% tới 7%. Những nhũ tương này có hạt càng to và không bền.
4.2.1.2. Phương pháp nhận biết nhũ tương
Có thể phân biệt nhũ tương D/N hay N/D dựa vào những đặc điểm sau:
HLD - T9 129
- Phương pháp pha loãng : có thể pha loãng nhũ tương D/N bằng H20 và pha loãng nhũ tương N/D băng dâu. „ . "^túì -
- Phương pháp dùng kính hiên vi: dùng châỊ/màu tan trong dâu hoặc tan trong nước để nhuôm màu nhũ tương. Ví dụ: dùng Sudan III màu đỏ cho vào nhũ tương. Soi kính nêu thây màu của hạt phân tán là màu đỏ, môi trường màu trắng (hoặc không màu) thì nhũ tương là D/N. "„r',
- Phương pháp đo độ dẫn: tức là xác định điện trở của nhũ tương mà ta muốn khảo sát. Nhũ tương dầu trong nước có điện trở nhỏ nên độ dẫn điện tốt hơn nhũ tương nước trong dâu có điện trở lớn nên độ dẫn điện bé.
Vì vậy, khi đo độ dẫn điện của nhũ tương D/N có giá trị lớn còn ngược lại độ dẫn của nhũ tương N/D sẽ nhỏ.
4.2.1.3. Độ bền vững của nhũ tương
Nhũ tương thường có độ bền rất kém vì năng lượng tự do bề mặt lớn, các hạt chất lỏng của pha phân tán rất dễ sát nhập với nhau thành một khối, để giảm bề mặt phân chia pha và năng lượng tự do bề mặt giảm hệ sẽ bền.
Mặt khác quá trình hấp phụ một chất lỏng lên bề mặt chất lỏng khác pha rất khó khăn. Vì thế các nhũ tương thường rất không bền. Để cho một nhũ tương bền, người ta thường thêm các chất nhũ hóa. Chất nhũ hóa có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt, vì thế dễ tạo hạt, khi khuấy lắc trong quá trình pha chế. Ngoài ra chất nhũ hóa có khả năng hấp phụ lên bề mặt hạt chất lỏng, làm cho hạt chất lỏng tích điện và tạo lớp solvat hóa quanh hạt.
Chất nhũ hóa quyết định kiểu nhũ tương là D/N hay N/D. Nếu chất nhũ hóa là loại thân dịch (D/N), tan nhiều trong nước phân cực hơn trong các dung môi hữu cơ không phân cực, thì ôn hóa tạo nhũ tương D/N. Chất nhũ hóa ghét dịch tan nhiều trong dầu thì ổn hóa cho nhũ tương N/D.
Tốc độ sa lẳng của nhũ tương
Trong quá trình ổn định nhũ dịnh hay hỗn dịch thường xảy ra các quá trình sau: sự tương tác giữa các tiểu phân do chuyển động Brown, sự nổi kem, sự sa lắng hoặc tương tác thuận nghịch giữa tiểu phân hạt phân tán và môi trường.
Theo Stockes tốc độ nổi kem và sa lắng được xác định như sau:
2 g r V , - d 2) 9ĩj Trong đó:
- r : kích thước hạt phân tán - g: gia tốc trọng trường
- di, d2 tỉ trọng hạt và môi trường - ĨJ: độ nhớt của môi trường
- V : tốc độ nổi kem hoặc lắng cặn của nhũ dịch 130
Sự nổi kem của nhũ dịch có thể được giảm đi bằng nhiều cách:
- Giảm kích thước hạt
- Gia tăng độ nhớt của môi trường - Giảm sự khác biệt tỉ trọng giữa hai pha 4.2.1.4. Phân b ạ i chất nhũ hóa
Có 03 loại chất nhũ hóa :
- Những chất hoạt động bề mặt: các chất HĐBM có 03 loại: anionic, cationic và khòíig phân ly thành ion.
Loại anionic thường dùng là các xả phòng kim loại kiềm. Trong đó mạch cacbon của gôc hydrocacbua từ 12-18 nguyên tử cacbon. ”
Nếu c<12 thỉ xà phòng tan vào nước.
Nếu 0 1 8 thì xà phòng tan nhiều vào dầu, vì thế tác dụng bảo vệ sẽ rất kém.
- Các chất cao phân tử: đó là các tác nhân nhũ hóa tự nhiên như: gelatin, lexitin, choslesterol, casein, meĩỵl cellulose,,,..
- Các hạt phân tán nhỏ: các hạt cao lanh (keo đất sét - bentonit) keo hydroxit kim loại Al, Mg.
4.2.1.5. C ơ chế hoạt độn g của chất nhũ hóa Cĩ. Vai trò bảo vệ:
Khi thêm chất nhũ hóa vào hệ nhũ tương, quá trình phân lớp tách 2 pha của dầu và nước trong nhũ tương giảm.
Một chất nhũ hóa tốt thể hiện nhũng vai trò sau:
- Chất nhũ hóa tập trung ở bề mặt và làm giảm sức căng bề mặt của 2 chất lỏng và làm giảm năng lượng tự do bề mặt của các giọt phân tán.
- Hấp phụ xung quanh hạt phân tán, làm thành một màng bao bền vững, ngăn cản các giọt hợp lại với nhau.
- Tạo cho bề mặt các giọt cổ điện tích đủ lớn, để xuất hiện lực tương hỗ giữa các giọt, giúp nhũ tương bền.
- Làm tăng độ nhớt của nhũ tương ở một nồng độ vừa phải.
Thực tế không phải tất cả các chất nhũ hóa đều có tất cả các tính chất này.
b. Các loại màng bảo vệ của chất nhũ hóa :
Các chất nhũ hóa khi đóng vai trò hoạt động sẽ tạo thành một màng mỏng trên bề mặt giữa hai pha nước và dâu, điêu này làm giảm năng lượng tự do bê mặt, tạo lớp áo bảo vệ khiến các hạt phân tán không tiếp xúc được để thành hạt to và phá vỡ nhũ dịch.
Có thể phân loại các màng bảo vệ như sau:
131
- Các màng đơn phân tử: các chất HĐBM là tác nhân nhũ hóa, vì có khả năng tạo ra màng đơn lớp phân tử hay các ion (cation hoặc anion), hấp phụ ở bê mặt ngăn cách dầu nước.
Khi hấp phụ ở bề mặt thì ơ ở bề mặt giảm, tức là năng lượng íự do của bề mặt giảm, nên nhũ dịch 011 định hơn.
Nếu các chất nhũ hóa tạo ra màng đơn lóp ion hóa thỉ các hạt nhỏ hơn sẽ được tích điện và lực đẩy tương hỗ tăng lên, hệ trở nên bền vững.
Những chất HĐBM không ion hóa cũng có thể hấp phụ đặc biệt những ion từ dung dịch, làm cho bề mặt giọt được tích điện, nhờ đó giọt bền hơn.
- Màng đa phân tử: các chất keo ưa nước từ thiên nhiên như (gelatin, gôm Arabic, Aragant) tạo ra các màng đa lớp phân tử quanh các giọt dầu phân tán trong nước.
Hiện nay các chất nhũ hóa tổng hợp có nhiều nên loại chất này ít dùng. Màng đa lớp phân tử này như tấm áo bao quanh các giọt nhỏ, có khả năng chống lại sự ngưng kết. Ngoài ra một số phân tử chất này tan trong nước làm cho độ nhót của môi trường phân tán tăng lên, nhũ dịch tăng độ bền.
- Màng hạt rắm các hạt rắn có kích thước rất nhỏ có khả năng thấm ướt cả nước và dầu, nên' có tác dụng như chất nhũ hóa. Các hạt rắn này làm thành một lớp áo ở bề mặt giọt nhũ tương, ngăn cách sự liên kết các giọt lại với nhau. Bột rắn nhũ hóa phải có kích thước thích họp, luôn luôn nhỏ hơn kích thước hạt nhũ tương.
Neu chất nhũ hóa thấm nước thì lớp áo bảo vệ sẽ xuất hiện trước. Khi đó tạo ra nhũ tương D/N. Nếu chất nhũ hóa dễ bị dầu thấm ướt dễ hơn thì áo bảo vệ sẽ xuất hiện ở pha dầu và là chất nhũ hóa cho nhũ tương N/D.
Như vậy, màng hạt rắn tạo điều kiện hình thành nhũ tương, khi nó ở ngoài giọt phân tán. Có những chất là tác nhân nhũ hóa cho nhũ dịch D/N hay N/D còn tùy thuộc thứ tự trộn lẫn.
2. 3. 4.
I
Hình 4-1. Các màng bảo vệ của chất nhũ hóa 1. Nhũ tương D/N
2. Màng đơn lớp phân tử 3. Màng đa lớp phân tử 4. Màng hạt rắn
132
N
Hình 4.2: Các loại màng hạt rắn quanh giọt nhũ tương.
(I)
Trường hợp giọt được bảo vệ, nhũ tương được hình thành.
Trường hợp không tạo được nhũ tương, giọt không được bảo vệ.
Khi muốn điều chế nhũ tương D/N, trước hết phân tán bentonit vào nước cho các hạt phân tán hút nước tạo ra bột nhão, sau đó thêm dầu vào rồi nghiền tiếp. Nếu muốn điều chế nhũ dịch N/D thì đầu tiên phân tán bentonit trong dầu. Sau đó thêm dần nước vào. Trong thực tế việc điều chế nhũ tương và phá bỏ nhũ tương rất quan trọng.
Trong ngành Dược, người Dược sĩ quan tâm tới việc điều chế các nhũ tương thuốc thích hợp, để che dấu mùi vị, tăng tác dụng của thuốc. Nhũ tương D/N thường dừng trong, còn loại nhũ tương N/D thì hay được dùng ngoài (như cream, dầu nước thơm). Với tính chất là chất nhũ hóa cho các dầu béo, người ta háy dùng lòng đỏ trứng, gelatin, dextran...
Vì thế phải biết rõ tác dụng của một chất nhũ hóa định dùng để pha chế.
Ngược lại trong các ngành công nghiệp, việc phá bỏ nhũ tương cũng là vấn đề quan trọng được đặt ra.
Ví dụ: dùng acid mạnh để thu nhựa cao su từ nhũ tương mủ cao su. Nấu nóng, ly tâm với tốc độ cao, đưa nhũ tương vào điện trường là một trong những biện pháp hữu hiệu để phá vỡ nhũ tương trong công nghiệp dầu mỏ để tách dầu và nước ra khỏi nhũ tương N/D.
4.2.1.6. Sự chuyển tướng của nhũ tương (Sự đảo pha):
Sự chuyển tướng của nhũ tương là quá trình chuyển biến tương hỗ của 02 loại nhũ tương từ D/N ... N/D trong điều kiện thích hợp:
Quá trình này tiến hành bằng cách vừa khuấy mạnh, vừa thêm chất nhũ hóa thích hợp.
Ví dụ: Khi cho C aƠ2 với một lượng thích hợp vào hệ nhũ tương D/N đã được nhũ hóa bằng xà phòng natri, xà phòng natri sẽ kết hợp với CaCỈ2 thành xà phòng canxi, là chất nhũ hóa loại N/D. Sau khi thêm dầu để điều chỉnh tỉ lệ thể tích pha dầu nhiều hơn pha nuớc, khuấy mạnh sẽ thu được nhũ tương N/D. '*rĩị&nrfiĩr ---9 N<**Ị/ Dẩìli
Sự chuyển tướng của nhũ tương được sử dụng để phá bỏ nhũ tương ban đầu thành nhũ tương mới hoặc khi cần tách pha ở các nhũ tương tự nhiên.
133
4.2.2. Hỗn dịch (Suspensions)
Huyền phù hay hỗn dịch, dịch treo thường là hê phân tán di thể rắn trong lỏng, thuộc ỉà hê phân tán thô. Nhiêu tính chất của huyên phù giông tính chât hệ keo nhưng cường độ tính chất thì khác nhau.
Ví dụ: huyền phù sa lắng nhanh hơn keo, có chuyển động Brown rất yếu, hầu như không có khả năng khuếch tán, huyền phù không nhiễu xạ ánh sáng vì kích thước hạt lớn hơn bước sóng ánh sáng. Khi chiếu ánh sáng qua huyền phù, ta thấy huyền phù đục vì các hạt phản chiếu ánh sáng theo mọi hướng.
Huyền phù có độ bền động học rất nhỏ, vì các hạt to dễ sa lắng. Tuy các dịch treo làm thuốc đã cho thêm các chất cao phân tử, hoạt chất hoạt tính bề mặt để tăng độ bền, song để lâu vẫn phân lớp. Vì thế người ta vẫn phải đề ở nhãn dòng chữ : “ Lắc kỹ trước khi dùng ” đối với loại thuốc này.