界面活性剤HLB値と乳化剤の選択
2020-06-16T09:59:40.000000Z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るために、特定の油水系で使用される乳化剤の種類。最も信頼性の高い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。実験を通じて、O / W型(水中油型)エマルジョンの乳化剤は、多くの場合、8〜18のHLB値を有することが見出される。W/O型(油中水型)エマルションの乳化剤としては、そのHLB値が3〜6の間であることが多い。エマルションを調製する場合、所望のエマルジョンの種類に応じて乳化剤を選択することに加えて、異なる油相特性は乳化剤のHLB値に対して異なる要件を有し、乳化剤のHLB値は乳化油相が一貫している必要がある。[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値で乳化剤水溶液の表面の油滴の広がりを目視検査します。乳化剤HLB値が大きいと、油脂が十分に拡散し、HLB値が小さくなるにつれて、乳化剤溶液中の油分が特定のHLB値に広がらなくなるまで展延が困難となり、この乳化剤のHLB値は、乳化油脂に必要なHLB値とほぼ同じとなる。大まかではありますが、操作が簡単で、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:
各乳化剤は特定のHLB値を有しており、単一の乳化剤が複数の成分で構成されるシステムの乳化要件を満たすことはしばしば困難である。一般に、HLB値の異なる複数の乳化剤を混合し、混合乳化剤を形成するために使用される。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。油水系を乳化するには、以下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:
Span-60(HLB = 4.3)とTween-80(HLB = 15)など、HLB値の差が大きい乳化剤のペアを選択し、HLB値の異なる一連の混合乳化剤を異なる比率で配合します。一連の混合乳化剤は、それぞれ指定された油水系を一連のエマルジョンにし、各エマルションの乳化効率(エマルジョンの安定時間またはその他の安定性特性で表すことができる)を測定し、計算された混合乳化剤HLB、描画、釣鐘型の曲線を得ることができ、曲線の最高ピークに対応する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、混合乳化剤を用いることにより最も好適なHLB値を得ることができるが、この乳化剤が必ずしも最も効率的であるとは限らない。乳化剤のいわゆる良好な効率とは、指定された乳化物を安定化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!価格は最も安いです。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。
乳化剤の測定:
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、混合する乳化剤のいくつかのペアを選択して、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、乳化剤の最も効率的なペアが見つかるまで乳化効率を比較します。乳化剤の濃度はここでは言及されていないことは注目に値するが、安定したエマルジョンが調製されるため、これはこのマッチング方法に影響を与えない。エマルションの不安定な領域では、乳化剤濃度が非常に低い場合、または内相濃度が高すぎる場合、この方法に影響します。[6] HLB法を使用して乳化を選択する最良のHLB値に加えて、乳化剤と分散相および分散媒と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、油相との親和性が強いだけでなく、水相との比較も必要です。強い親和性。HLB値の小さい乳化剤とHLB値が大きい乳化剤を混合して、油相と水相との親和性が強い混合膜を形成し、両方の要件を考慮に入れることができます。したがって、混合乳化剤を使用する方が単一の乳化剤を使用するよりも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製剤を決定する方法は次のとおりです。 乳化剤のペアを任意に選択し、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、化合物乳化剤の種類と比率を変更します。 ただし、最も効率的な化合物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:
乳化剤を配合する場合、それぞれのHLB値と指定系で要求されるHLB値から適量を得ることができる。例えば、酢酸ビニルのO/W乳化重合を行う場合、乳化剤の量は3%であり、乳化剤としてSDSとSpan−65を用いると、SDSのHLB値は40、Span−65のHLB値は2.1、乳化重合時に必要な平均HLB値は16.0であることが知られている。混合乳化剤中のSpan-65質量分率はw%であり、次に40(1-w%)+ 2.1w%= 16であり、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%である。酢酸ビニルエステルのO / W乳化重合系では、Span-65の量が3%* 63.3%= 1.9%を占めることがわかる。SDSの量は3%*(1-63.3%)= 1.1%を占めます。
安定したエマルションを調製する場合、最高の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。乳化剤の選択に関する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、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、簡単に計算できるその付加的な性質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を考慮していないことです。近年、多量に配合した非イオン性乳化剤が特に顕著となっている。さらに、HLB値はエマルジョン形成の種類を大まかに予測することしかできず、乳化剤濃度や得られるエマルジョンの安定性に対し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、HLB値を使用して乳化剤を選択すること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。
油中水型(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である。異なる界面活性剤を配合し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、単一の界面活性剤を使用してマイクロエマルジョン燃料を形成する場合の最適な界面活性剤投与量は大きい、すなわち、単一の界面活性剤の効率が低いアニオン性およびカチオン性界面活性剤の混合は、親水性基の相互引力により、マイクロエマルジョン燃料の水溶性を大幅に高めることができ、 そしてその効率は混合された正(または負)-非イオン性界面活性剤のそれよりも高いので、マイクロエマルジョン燃料の調製配合には陰イオン性および陽イオン性界面活性剤を使用することをお勧めします。アニオン性およびカチオン性の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相溶効果が良好であるため、その界面活性剤効率は単一の脂肪酸塩よりも高くなります。
イオン性界面活性剤を用いてマイクロエマルジョン燃料油を調製する場合、共溶媒(アルコール)が不可欠である。最も広く使用されているのはC4-7中炭素アルコールであり、その中でn-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘプタノールおよびn-オクタノールが優れている。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下させ、界面膜の流動性を高めることである。界面活性剤のHLB値を調整して、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すことができます。オレイン酸/アンモニア水、燃料油、アルコール、および水マイクロエマルジョンシステムの形成過程の熱力学を研究することにより、マイクロエマルジョン燃料油の形成過程における標準自由エネルギー変化の絶対値は、アルコール炭素鎖の増加とともに増加し、燃料の相対分子量は燃料含有量の増加とともに減少し、 マイクロエマルジョン燃料を形成する方が簡単です。さらに、C4〜7の炭素アミンおよびエーテルは、n−ヘキシルアミンおよびグリコールエーテルが非常に有効な共溶媒であるなどの共溶媒としても使用することができる。マイクロエマルジョンの形成中に、電解質(NH4N03、NaClなど)を適切に添加すると、ミセルの表面膜の硬度を高め、共溶媒の含有量を減らし、それによって界面活性剤の濃度を低下させ、界面活性剤の効率を高めることができます。しかしながら、塩は燃料の燃焼に有害であり、シリンダーおよび他の構成要素の腐食を加速する。
界面活性剤のHLB値を調整する
マイクロエマルションを調製する場合、不適切なHLB値を有する界面活性剤は、共界面活性剤と共に適切な範囲に調整することができる。
共界面活性剤を選択する場合、考慮事項は界面活性剤の選択と同様である。一般的に使用される共界面活性剤は、中炭素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ある。非イオン性界面活性剤は有効な可溶化剤であるため、HLB値の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る。フリバーグらW/Oエマルションにおいて、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを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た。ポリオキシエチレンの鎖長は、水上でのマイクロエマルジョンの可溶化に影響を与える キーファクター。
マイクロエマルジョンという用語は、1943年にヒアとシャルマーによって最初に造られました。
従来のエマルジョンに対するマイクロエマルジョンのもう一つの際立った特徴は、マイクロエマルジョン構造の変動性が大きいことです。従来のマイクロエマルションは、基本的にW / OおよびO / Wの2つのタイプに分けることができ、マイクロエマルションはW / O型構造からO / W型構造に連続的に変化することができる。系が水に富むとき、油相は均一なビーズの形で連続相に分散され、O / W型順相マイクロエマルジョンを形成する。系が油に富むとき、水相は均一なビーズの形で分散され、連続相ではW / O逆マイクロエマルジョンが形成される。系内の水と油の量が等しい場合、水相と油は同じである場合は連続相であり、両者がランダムに連結されていることを二重連続相構造といい、このとき、系は逆の領域にある。
界面張力の低減
界面活性剤のみを使用すると、CMCに到達した後も界面張力が低下しなくなります。このとき界面活性剤とは異なる性質を有する共界面活性剤を一定濃度添加すると、界面張力をさらに低下させることができ、その結果、より多くの界面活性剤および共界面活性剤が界面に吸着する。液滴の界面張力が y10-5N/cmであると、粗大なエマルジョンが生成する。もちろん、コハク酸オクチルスルホン酸ナトリウム(AOT)などのイオン性界面活性剤は、2つの炭化水素基を持つ極性ヘッドを特徴とするため、共界面活性剤を必要とせずにマイクロエマルジョンを生成できます。いくつかの非イオン性界面活性剤もHLB値に近い。同様の特性。
界面フィルムの流動性を高める
マイクロエマルジョン液滴を形成する場合、大きな液滴は小さな液滴に分散し、界面を変形および改質する必要があり、これには界面曲げエネルギーが必要です。共界面活性剤を添加すると、界面の剛性を低下させ、界面の流動性を高め、マイクロエマルジョンを生成するときに必要な曲げエネルギーを低減し、マイクロエマルジョン液滴を生成しやすくすることができる。
HLB値と最良の乳化剤の選択:
各乳化剤は特定のHLB値を有しており、単一の乳化剤が複数の成分で構成されるシステムの乳化要件を満たすことはしばしば困難である。一般に、HLB値の異なる複数の乳化剤を混合し、混合乳化剤を形成するために使用される。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。油水系を乳化するには、以下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:
Span-60(HLB = 4.3)とTween-80(HLB = 15)など、HLB値の差が大きい乳化剤のペアを選択し、HLB値の異なる一連の混合乳化剤を異なる比率で配合します。一連の混合乳化剤は、それぞれ指定された油水系を一連のエマルジョンにし、各エマルションの乳化効率(エマルジョンの安定時間またはその他の安定性特性で表すことができる)を測定し、計算された混合乳化剤HLB、描画、釣鐘型の曲線を得ることができ、曲線の最高ピークに対応する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、混合乳化剤を用いることにより最も好適なHLB値を得ることができるが、この乳化剤が必ずしも最も効率的であるとは限らない。乳化剤のいわゆる良好な効率とは、指定された乳化物を安定化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!価格は最も安いです。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。
乳化剤の測定:
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、混合する乳化剤のいくつかのペアを選択して、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、乳化剤の最も効率的なペアが見つかるまで乳化効率を比較します。乳化剤の濃度はここでは言及されていないことは注目に値するが、安定したエマルジョンが調製されるため、これはこのマッチング方法に影響を与えない。エマルションの不安定な領域では、乳化剤濃度が非常に低い場合、または内相濃度が高すぎる場合、この方法に影響します。[6] HLB法を使用して乳化を選択する最良のHLB値に加えて、乳化剤と分散相および分散媒と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、油相との親和性が強いだけでなく、水相との比較も必要です。強い親和性。HLB値の小さい乳化剤とHLB値が大きい乳化剤を混合して、油相と水相との親和性が強い混合膜を形成し、両方の要件を考慮に入れることができます。したがって、混合乳化剤を使用する方が単一の乳化剤を使用するよりも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製剤を決定する方法は次のとおりです。 乳化剤のペアを任意に選択し、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、化合物乳化剤の種類と比率を変更します。 ただし、最も効率的な化合物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:
乳化剤を配合する場合、それぞれのHLB値と指定系で要求されるHLB値から適量を得ることができる。例えば、酢酸ビニルのO/W乳化重合を行う場合、乳化剤の量は3%であり、乳化剤としてSDSとSpan−65を用いると、SDSのHLB値は40、Span−65のHLB値は2.1、乳化重合時に必要な平均HLB値は16.0であることが知られている。混合乳化剤中のSpan-65質量分率はw%であり、次に40(1-w%)+ 2.1w%= 16であり、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%である。酢酸ビニルエステルのO / W乳化重合系では、Span-65の量が3%* 63.3%= 1.9%を占めることがわかる。SDSの量は3%*(1-63.3%)= 1.1%を占めます。
安定したエマルションを調製する場合、最高の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。乳化剤の選択に関する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、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、簡単に計算できるその付加的な性質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を考慮していないことです。近年、多量に配合した非イオン性乳化剤が特に顕著となっている。さらに、HLB値はエマルジョン形成の種類を大まかに予測することしかできず、乳化剤濃度や得られるエマルジョンの安定性に対し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、HLB値を使用して乳化剤を選択すること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。
油中水型(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である。異なる界面活性剤を配合し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、単一の界面活性剤を使用してマイクロエマルジョン燃料を形成する場合の最適な界面活性剤投与量は大きい、すなわち、単一の界面活性剤の効率が低いアニオン性およびカチオン性界面活性剤の混合は、親水性基の相互引力により、マイクロエマルジョン燃料の水溶性を大幅に高めることができ、 そしてその効率は混合された正(または負)-非イオン性界面活性剤のそれよりも高いので、マイクロエマルジョン燃料の調製配合には陰イオン性および陽イオン性界面活性剤を使用することをお勧めします。アニオン性およびカチオン性の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相溶効果が良好であるため、その界面活性剤効率は単一の脂肪酸塩よりも高くなります。
イオン性界面活性剤を用いてマイクロエマルジョン燃料油を調製する場合、共溶媒(アルコール)が不可欠である。最も広く使用されているのはC4-7中炭素アルコールであり、その中でn-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘプタノールおよびn-オクタノールが優れている。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下させ、界面膜の流動性を高めることである。界面活性剤のHLB値を調整して、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すことができます。オレイン酸/アンモニア水、燃料油、アルコール、および水マイクロエマルジョンシステムの形成過程の熱力学を研究することにより、マイクロエマルジョン燃料油の形成過程における標準自由エネルギー変化の絶対値は、アルコール炭素鎖の増加とともに増加し、燃料の相対分子量は燃料含有量の増加とともに減少し、 マイクロエマルジョン燃料を形成する方が簡単です。さらに、C4〜7の炭素アミンおよびエーテルは、n−ヘキシルアミンおよびグリコールエーテルが非常に有効な共溶媒であるなどの共溶媒としても使用することができる。マイクロエマルジョンの形成中に、電解質(NH4N03、NaClなど)を適切に添加すると、ミセルの表面膜の硬度を高め、共溶媒の含有量を減らし、それによって界面活性剤の濃度を低下させ、界面活性剤の効率を高めることができます。しかしながら、塩は燃料の燃焼に有害であり、シリンダーおよび他の構成要素の腐食を加速する。
界面活性剤のHLB値を調整する
マイクロエマルションを調製する場合、不適切なHLB値を有する界面活性剤は、共界面活性剤と共に適切な範囲に調整することができる。
共界面活性剤を選択する場合、考慮事項は界面活性剤の選択と同様である。一般的に使用される共界面活性剤は、中炭素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ある。非イオン性界面活性剤は有効な可溶化剤であるため、HLB値の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る。フリバーグらW/Oエマルションにおいて、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを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た。ポリオキシエチレンの鎖長は、水上でのマイクロエマルジョンの可溶化に影響を与える キーファクター。
マイクロエマルジョンという用語は、1943年にヒアとシャルマーによって最初に造られました。
従来のエマルジョンに対するマイクロエマルジョンのもう一つの際立った特徴は、マイクロエマルジョン構造の変動性が大きいことです。従来のマイクロエマルションは、基本的にW / OおよびO / Wの2つのタイプに分けることができ、マイクロエマルションはW / O型構造からO / W型構造に連続的に変化することができる。系が水に富むとき、油相は均一なビーズの形で連続相に分散され、O / W型順相マイクロエマルジョンを形成する。系が油に富むとき、水相は均一なビーズの形で分散され、連続相ではW / O逆マイクロエマルジョンが形成される。系内の水と油の量が等しい場合、水相と油は同じである場合は連続相であり、両者がランダムに連結されていることを二重連続相構造といい、このとき、系は逆の領域にある。
界面張力の低減
界面活性剤のみを使用すると、CMCに到達した後も界面張力が低下しなくなります。このとき界面活性剤とは異なる性質を有する共界面活性剤を一定濃度添加すると、界面張力をさらに低下させることができ、その結果、より多くの界面活性剤および共界面活性剤が界面に吸着する。液滴の界面張力が y10-5N/cmであると、粗大なエマルジョンが生成する。もちろん、コハク酸オクチルスルホン酸ナトリウム(AOT)などのイオン性界面活性剤は、2つの炭化水素基を持つ極性ヘッドを特徴とするため、共界面活性剤を必要とせずにマイクロエマルジョンを生成できます。いくつかの非イオン性界面活性剤もHLB値に近い。同様の特性。
界面フィルムの流動性を高める
マイクロエマルジョン液滴を形成する場合、大きな液滴は小さな液滴に分散し、界面を変形および改質する必要があり、これには界面曲げエネルギーが必要です。共界面活性剤を添加すると、界面の剛性を低下させ、界面の流動性を高め、マイクロエマルジョンを生成するときに必要な曲げエネルギーを低減し、マイクロエマルジョン液滴を生成しやすくすることができる。