界面活性剤HLB値と乳化剤の選択
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、特定の油水システムでどのような種類の乳化剤が使用されますか。最も信頼性の高い方法は、実験的スクリーニングを通じて、HLB値がスクリーニング作業を支援することです。実験を通じて、O / Wタイプ(水中油型)エマルジョンの乳化剤は、多くの場合、HLB値が8〜18であることがわかっています。W / Oタイプ(油中水型)エマルジョンの乳化剤として、そのHLB値はしばしば3〜6です。エマルジョンを調製するとき、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持ち、乳化剤のHLB値は乳化油相が一貫している必要があります。[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上の油滴の広がりを視覚的に検査します。乳化剤のHLB値が大きいと、油分が十分に広がり、HLB値が減少すると、乳化剤溶液のHLB値があると油分が拡散しなくなるまで広がりにくくなり、この乳化剤のHLB値は、乳化油に必要なHLB値とほぼ一致する。ざらざらしていますが、操作は簡単で、得られる結果には一定の参考値があります。
HLB値と最適な乳化剤の選択:
各乳化剤には特定のHLB値があり、複数のコンポーネントで構成されるシステムの乳化要件を満たすことは、単一の乳化剤では難しいことがよくあります。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ます。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。油水システムを乳化するには、次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:
HLB 値の差が大きい乳化剤のペア、たとえば Span-60 (HLB = 4.3) と Tween-80 (HLB = 15) を選択し、HLB 値が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システムを一連のエマルジョンにし、各エマルジョンの乳化効率を測定します(これはエマルジョンの安定性時間または他の安定性特性で表すことができます)、および計算された混合乳化剤HLBは、描画して、ベル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わけではない。乳化剤のいわゆる良好な効率とは、指定された乳化剤を安定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。価格が一番安いです。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くなっています!高濃度乳化剤は高効率です。
乳化剤の定量:
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、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を見つけるまで乳化効率を比較します。乳化剤の濃度がここには記載されていないことは注目に値しますが、これはこのマッチング方法に影響を与えません、なぜなら安定したエマルジョンが調製されるからです必要なHLB値は乳化剤の濃度とはほとんど関係がありません。エマルジョンの不安定な領域では、乳化剤の濃度が非常に低いか、内部相の濃度が高すぎると、この方法に影響を与えます。[6] HLB法は乳化を選択するために使用されます最高のHLB値に加えて、乳化剤と分散相および分散媒体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、油相との強い親和性だけでなく、水相との比較も持つ必要があります。強い親和性。HLB値の小さい乳化剤とHLB値の大きい乳化剤を混合すると、油相と水相に強い親和性を持つ混合膜が形成されます。これは、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ことは、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の配合を決定する方法は、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。 しかし、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:
乳化剤を配合する際には、それぞれのHLB値と指定系で必要なHLB値から適切な量を求めることができる。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、SDSとSpan-65を乳化剤として使用すると、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。混合乳化剤のSpan-65を質量分率w%、次に40(1-w%)+ 2.1w%= 16、溶液をw%= 63.3%とすると、混合乳化剤中のSDSの質量分率は36.7%です。酢酸では、ビニルエステルのO / Wエマルジョン重合システムでは、Span-65の量が3%* 63.3%= 1.9%を占めていることがわかります。SDSの量は3%×(1-63.3%)=1.1%です。
安定したエマルジ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。乳化剤の選択に完璧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ます 投与量比は多くの使用値を持っています。その利点は主に、簡単に計算できるその加法的な性質に反映されています。問題は、HLB値に対する他の要因、特に温度の影響を考慮していないことです。近年、特に非イオン性乳化剤を多く含む乳化剤が目立っています。さらに、HLB値は、エマルジョン形成のタイプを大まかに予測することしかできず、乳化剤の濃度が上昇すると最高の乳化効果が得られず、得られるエマルジョンの安定性も得られません。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、実際には他の方法と組み合わせる必要があるという特定の制限もあります。
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です。異なる界面活性剤を配合した場合の相乗効果の点では、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の投与量が大きい、すなわち、単一の界面活性剤の効率が低いアニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤を混合したアニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤は、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向上させることができる。 そして、その効率は混合された正(または負)-ノニ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 それは、配合のために陰イオン性およびカチオン性界面活性剤を使用することが望ましい。陰イオン性およびカチオン性混合界面活性剤では、混合脂肪酸塩は炭化水素鎖の長さが不均一であるために良好な相溶効果を有するため、その界面活性剤の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たマイクロエマルジョン燃料油の調製には、共溶媒(アルコール)が欠かせません。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、n-オクタノールが優れています。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尾部の間にあります。その機能は、界面張力をさらに低減し、界面フィルムの流動性を高めることです。界面活性剤のHLB値を調整すると、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、結果は、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がアルコール炭素鎖の増加とともに増加し、燃料の相対分子量が減少することを示しています燃料含有量の増加とともに、 マイクロエマルジョン燃料を形成するのが簡単です。さらに、C4-7の炭素アミンとエーテルは、n-ヘキシルアミンやグリコールエーテルなどの共溶媒としても非常に効果的な共溶媒として使用できます。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が増加し、共溶媒の含有量が減少し、それによって界面活性剤の濃度が低下し、界面活性剤の効率が向上します。ただし、塩は燃料の燃焼に悪影響を及ぼし、シリンダーやその他のコンポーネントの腐食を促進します。
界面活性剤のHLB値を調整する
マイクロエマルジョンを調製する際、HLB値が不適切な界面活性剤は、共界面活性剤を用いて適切な範囲に調整することができます。
コサーファクタントを選択する際の考慮事項は、サーファクタントの選択と似ています。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す。非イオン性界面活性剤は効果的な可溶化剤であるため、HLB値が低い非イオン性界面活性剤は、一般的に共界面活性剤として分類されます。Friberg et al.W / Oエマルジョンでは、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ました。ポリオキシエチレンの鎖長は、マイクロエマルジョンの水への可溶化に影響を与えます 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HearとSchalmerによって最初に造られました。
マイクロエマルジョンと従来の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大きな変動性である。従来のマイクロエマルジョンは、基本的にW / OとO / Wの2つのタイプに分けることができます。システムが水に富んでいる場合、油相は均一なビーズの形で連続相に分散し、O / Wタイプの順相マイクロエマルジョンを形成します。システムが油に富んでいる場合、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ます。系内の水と油の量が等しい場合、水相と油が同じ場合は連続相となり、両者がランダムに結合している二重連続相構造と呼ばれる、このとき系は逆の領域にある。
界面の緊張を緩和
界面活性剤のみを使用した場合、CMCに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持つ共界面活性剤を一定濃度で加えると、界面張力をさらに低下させることができ、界面に吸着する界面活性剤や共界面活性剤が多くなります。液滴の界面張力が <10 ”n="" cm,="" it="" can="" spontaneously="" form="" a="" microemulsion,="" and="" when="" y=""> y10〜5N / cmの場合、粗いエマルジョンが生成されます。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によって特徴付けられるため、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。一部の非イオン性界面活性剤もHLB値に近い値を持っています。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とき、大きな液滴は小さな液滴に分散し、界面を変形して改質する必要があり、これには界面の曲げエネルギーが必要です。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が生成されるときに必要な曲げエネルギーを減らし、マイクロエマルジョン液滴が容易に生成されるようにすることができます。
HLB値と最適な乳化剤の選択:
各乳化剤には特定のHLB値があり、複数のコンポーネントで構成されるシステムの乳化要件を満たすことは、単一の乳化剤では難しいことがよくあります。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ます。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。油水システムを乳化するには、次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:
HLB 値の差が大きい乳化剤のペア、たとえば Span-60 (HLB = 4.3) と Tween-80 (HLB = 15) を選択し、HLB 値が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システムを一連のエマルジョンにし、各エマルジョンの乳化効率を測定します(これはエマルジョンの安定性時間または他の安定性特性で表すことができます)、および計算された混合乳化剤HLBは、描画して、ベル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わけではない。乳化剤のいわゆる良好な効率とは、指定された乳化剤を安定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。価格が一番安いです。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くなっています!高濃度乳化剤は高効率です。
乳化剤の定量:
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、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を見つけるまで乳化効率を比較します。乳化剤の濃度がここには記載されていないことは注目に値しますが、これはこのマッチング方法に影響を与えません、なぜなら安定したエマルジョンが調製されるからです必要なHLB値は乳化剤の濃度とはほとんど関係がありません。エマルジョンの不安定な領域では、乳化剤の濃度が非常に低いか、内部相の濃度が高すぎると、この方法に影響を与えます。[6] HLB法は乳化を選択するために使用されます最高のHLB値に加えて、乳化剤と分散相および分散媒体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、油相との強い親和性だけでなく、水相との比較も持つ必要があります。強い親和性。HLB値の小さい乳化剤とHLB値の大きい乳化剤を混合すると、油相と水相に強い親和性を持つ混合膜が形成されます。これは、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ことは、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の配合を決定する方法は、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。 しかし、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:
乳化剤を配合する際には、それぞれのHLB値と指定系で必要なHLB値から適切な量を求めることができる。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、SDSとSpan-65を乳化剤として使用すると、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。混合乳化剤のSpan-65を質量分率w%、次に40(1-w%)+ 2.1w%= 16、溶液をw%= 63.3%とすると、混合乳化剤中のSDSの質量分率は36.7%です。酢酸では、ビニルエステルのO / Wエマルジョン重合システムでは、Span-65の量が3%* 63.3%= 1.9%を占めていることがわかります。SDSの量は3%×(1-63.3%)=1.1%です。
安定したエマルジ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。乳化剤の選択に完璧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ます 投与量比は多くの使用値を持っています。その利点は主に、簡単に計算できるその加法的な性質に反映されています。問題は、HLB値に対する他の要因、特に温度の影響を考慮していないことです。近年、特に非イオン性乳化剤を多く含む乳化剤が目立っています。さらに、HLB値は、エマルジョン形成のタイプを大まかに予測することしかできず、乳化剤の濃度が上昇すると最高の乳化効果が得られず、得られるエマルジョンの安定性も得られません。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、実際には他の方法と組み合わせる必要があるという特定の制限もあります。
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です。異なる界面活性剤を配合した場合の相乗効果の点では、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の投与量が大きい、すなわち、単一の界面活性剤の効率が低いアニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤を混合したアニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤は、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向上させることができる。 そして、その効率は混合された正(または負)-ノニ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 それは、配合のために陰イオン性およびカチオン性界面活性剤を使用することが望ましい。陰イオン性およびカチオン性混合界面活性剤では、混合脂肪酸塩は炭化水素鎖の長さが不均一であるために良好な相溶効果を有するため、その界面活性剤の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たマイクロエマルジョン燃料油の調製には、共溶媒(アルコール)が欠かせません。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、n-オクタノールが優れています。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尾部の間にあります。その機能は、界面張力をさらに低減し、界面フィルムの流動性を高めることです。界面活性剤のHLB値を調整すると、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、結果は、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がアルコール炭素鎖の増加とともに増加し、燃料の相対分子量が減少することを示しています燃料含有量の増加とともに、 マイクロエマルジョン燃料を形成するのが簡単です。さらに、C4-7の炭素アミンとエーテルは、n-ヘキシルアミンやグリコールエーテルなどの共溶媒としても非常に効果的な共溶媒として使用できます。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が増加し、共溶媒の含有量が減少し、それによって界面活性剤の濃度が低下し、界面活性剤の効率が向上します。ただし、塩は燃料の燃焼に悪影響を及ぼし、シリンダーやその他のコンポーネントの腐食を促進します。
界面活性剤のHLB値を調整する
マイクロエマルジョンを調製する際、HLB値が不適切な界面活性剤は、共界面活性剤を用いて適切な範囲に調整することができます。
コサーファクタントを選択する際の考慮事項は、サーファクタントの選択と似ています。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す。非イオン性界面活性剤は効果的な可溶化剤であるため、HLB値が低い非イオン性界面活性剤は、一般的に共界面活性剤として分類されます。Friberg et al.W / Oエマルジョンでは、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ました。ポリオキシエチレンの鎖長は、マイクロエマルジョンの水への可溶化に影響を与えます 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HearとSchalmerによって最初に造られました。
マイクロエマルジョンと従来の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大きな変動性である。従来のマイクロエマルジョンは、基本的にW / OとO / Wの2つのタイプに分けることができます。システムが水に富んでいる場合、油相は均一なビーズの形で連続相に分散し、O / Wタイプの順相マイクロエマルジョンを形成します。システムが油に富んでいる場合、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ます。系内の水と油の量が等しい場合、水相と油が同じ場合は連続相となり、両者がランダムに結合している二重連続相構造と呼ばれる、このとき系は逆の領域にある。
界面の緊張を緩和
界面活性剤のみを使用した場合、CMCに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持つ共界面活性剤を一定濃度で加えると、界面張力をさらに低下させることができ、界面に吸着する界面活性剤や共界面活性剤が多くなります。液滴の界面張力が <10 ”n="" cm,="" it="" can="" spontaneously="" form="" a="" microemulsion,="" and="" when="" y=""> y10〜5N / cmの場合、粗いエマルジョンが生成されます。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によって特徴付けられるため、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。一部の非イオン性界面活性剤もHLB値に近い値を持っています。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とき、大きな液滴は小さな液滴に分散し、界面を変形して改質する必要があり、これには界面の曲げエネルギーが必要です。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が生成されるときに必要な曲げエネルギーを減らし、マイクロエマルジョン液滴が容易に生成されるようにすることができます。