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鍵とな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乳化剤が使用されますか。最も信頼できる方法は実験的スクリーニングであり、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)エマルジョンの乳化剤は、多くの場合、HLB値が8〜18であることがわかりました。W / O型(油中水)エマルジョンの乳化剤として、そのHLB値はしばしば3から6の間です。エマルジョンを調製する場合、希望する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、油相特性が異なれば、乳化剤のHLB値に対する要件も異なり、乳化剤のHLB値は乳化油相が一定である必要があります。[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:HLB値の異なる乳化剤水溶液の表面に油滴が広がっていることを目視検査します。乳化剤HLB値が大きい場合、オイルが完全に広がり、HLB値が減少すると、特定のHLB値の乳化剤溶液にオイルが広がらない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値とほぼ同じです。粗いですが、操作が簡単で、得られた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、多くの場合、単一の乳化剤が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が困難です。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。油水系を乳化するには、次の手順に従って最適な乳化剤を選択できます。
油水システムの最適なHLB値の決定:
HLB値に大きな違いがある乳化剤のペア、たとえばSpan-60(HLB = 4.3)とTween-80(HLB = 15)を選択し、異なるHLB値を持つ一連の混合乳化剤を異なる割合で配合します。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、各エマルジョンの乳化効率(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ます)を測定し、計算された混合乳化剤HLBを描画すると、ベル型の曲線を得ることができ、曲線の最高峰に対応する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、混合乳化剤を使用することで最適なHLB値を得ることができますが、この乳化剤は必ずしも最も効率的ではありません。乳化剤のいわゆる優れた効率とは、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。価格は一番安いです。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、混合する乳化剤の数組を選択し、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、最も効率的な乳化剤の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ませんが、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は影響しません。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、内部相濃度が高すぎると、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適な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、油相との親和性が強いだけでなく、水相との比較も必要です。親和性が強い。HLB値の小さい乳化剤とHLB値の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、単一の乳化剤を使用するよりも混合乳化剤を使用する方が効果的です要約すると、特定のシステムの乳化に必要な乳化剤配合を決定する方法は、乳化剤のペアを任意に選択し、一定の範囲内で混合比を変更し、最高の効率でHLB値を得た後、複合乳化剤の種類と比率を変更し、 しかし、最も効率的な複合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値と指定されたシステムで必要なHLB値から適切な量を得ることができます。例えば、酢酸ビニルのO/Wエマルジョン重合を行う場合、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HLB値の平均は16.0であることが知られている。混合乳化剤でSpan-65とします質量分率はw%、次に40(1-w%)+ 2.1w% = 16、溶液はw%= 63.3%、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エマルジョン重合系では、Span-65の量は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%を占めます。
安定した乳化剤を調製する場合、最高の乳化効果を得るために最適な乳化剤を選択することが重要です。乳化剤の選択に関する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 投与比率は多くの使用価値があります。その利点は主に、簡単に計算できる相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、特に大量の非イオン性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種類を大まかに予測することしかできず、乳化剤の濃度や得られたエマルジョンの安定性で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、一定の制限もあり、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(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に関しては、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投与量が大きく、つまり、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向上させることができます。 また、その効率は混合ポジティブ(またはマイナス)の非イオン性界面活性剤よりも高いため、マイクロエマルジョン燃料の調製には、アニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤を配合に使用することをお勧めします。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長が等しくないため相溶性効果が良好であるため、界面活性剤効率は単一脂肪酸塩よりも優れています。
イオン界面活性剤で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)が不可欠です。最も広く使用されているのは C4-7 中炭素アルコールで、その中でも 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、そのヒドロキシル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下させ、界面膜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プロセス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に伴い、 マイクロエマルジョン燃料の形成が容易です。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、非常に効果的な共溶媒である共溶媒としても使用できます。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。しかし、塩は燃料の燃焼に有害であり、シリンダーやその他の部品の腐食を加速します。
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場合、HLB値が不適切な界面活性剤をコ界面活性剤で適切な範囲に調整できます。
共界面活性剤を選択する場合の考慮事項は、界面活性剤の選択と同様です。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値の低い非イオン性界面活性剤は一般に共界面活性剤に分類されます。フリバーグら。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します。
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と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す。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。マイクロエマルジョンは、W / Oタイプの構造からO / Wタイプの構造に連続的に変化することができます。システムが水に富むと、油相は均一なビーズの形で連続相に分散し、O / W型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します 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。システム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であり、2つがランダムに接続され、二重連続相構造と呼ばれ、このとき、システムは逆の領域にあります。
界面張力の低減
界面活性剤のみを使用すると、CMCに達した後、界面張力は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添加すると、界面張力をさらに低下させ、界面により多くの界面活性剤と共界面活性剤を吸着させることができます。液滴の界面張力がy <10 ”n="" cm,="" it="" can="" spontaneously="" form="" a="" microemulsion,="" and="" when="" y=""> 10〜5N / cmの場合、粗いエマルジョンが生成されます。もちろん、コハク酸などのイオン性界面活性剤もいくつかあります オクチルスルホン酸ナトリウム (AOT) は、2 つの炭化水素基を持つ極性ヘッドを特徴としているため、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は、HLB値に近いものもあります。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場合、大きな液滴が小さな液滴に分散し、界面を変形および再形成する必要があり、界面の曲げエネルギーが必要です。共界面活性剤を添加すると、界面の剛性が低下し、界面の流動性が向上し、マイクロエマルジョンの生成時に必要な曲げエネルギーが減少し、マイクロエマルジョン液滴が生成されやすくなります。
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、多くの場合、単一の乳化剤が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が困難です。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。油水系を乳化するには、次の手順に従って最適な乳化剤を選択できます。
油水システムの最適なHLB値の決定:
HLB値に大きな違いがある乳化剤のペア、たとえばSpan-60(HLB = 4.3)とTween-80(HLB = 15)を選択し、異なるHLB値を持つ一連の混合乳化剤を異なる割合で配合します。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、各エマルジョンの乳化効率(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ます)を測定し、計算された混合乳化剤HLBを描画すると、ベル型の曲線を得ることができ、曲線の最高峰に対応する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、混合乳化剤を使用することで最適なHLB値を得ることができますが、この乳化剤は必ずしも最も効率的ではありません。乳化剤のいわゆる優れた効率とは、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。価格は一番安いです。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、混合する乳化剤の数組を選択し、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、最も効率的な乳化剤の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ませんが、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は影響しません。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、内部相濃度が高すぎると、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適な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、油相との親和性が強いだけでなく、水相との比較も必要です。親和性が強い。HLB値の小さい乳化剤とHLB値の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、単一の乳化剤を使用するよりも混合乳化剤を使用する方が効果的です要約すると、特定のシステムの乳化に必要な乳化剤配合を決定する方法は、乳化剤のペアを任意に選択し、一定の範囲内で混合比を変更し、最高の効率でHLB値を得た後、複合乳化剤の種類と比率を変更し、 しかし、最も効率的な複合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値と指定されたシステムで必要なHLB値から適切な量を得ることができます。例えば、酢酸ビニルのO/Wエマルジョン重合を行う場合、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HLB値の平均は16.0であることが知られている。混合乳化剤でSpan-65とします質量分率はw%、次に40(1-w%)+ 2.1w% = 16、溶液はw%= 63.3%、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エマルジョン重合系では、Span-65の量は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%を占めます。
安定した乳化剤を調製する場合、最高の乳化効果を得るために最適な乳化剤を選択することが重要です。乳化剤の選択に関する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 投与比率は多くの使用価値があります。その利点は主に、簡単に計算できる相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、特に大量の非イオン性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種類を大まかに予測することしかできず、乳化剤の濃度や得られたエマルジョンの安定性で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、一定の制限もあり、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(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に関しては、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投与量が大きく、つまり、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向上させることができます。 また、その効率は混合ポジティブ(またはマイナス)の非イオン性界面活性剤よりも高いため、マイクロエマルジョン燃料の調製には、アニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤を配合に使用することをお勧めします。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長が等しくないため相溶性効果が良好であるため、界面活性剤効率は単一脂肪酸塩よりも優れています。
イオン界面活性剤で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)が不可欠です。最も広く使用されているのは C4-7 中炭素アルコールで、その中でも 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、そのヒドロキシル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下させ、界面膜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プロセス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に伴い、 マイクロエマルジョン燃料の形成が容易です。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、非常に効果的な共溶媒である共溶媒としても使用できます。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。しかし、塩は燃料の燃焼に有害であり、シリンダーやその他の部品の腐食を加速します。
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場合、HLB値が不適切な界面活性剤をコ界面活性剤で適切な範囲に調整できます。
共界面活性剤を選択する場合の考慮事項は、界面活性剤の選択と同様です。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値の低い非イオン性界面活性剤は一般に共界面活性剤に分類されます。フリバーグら。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します。
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と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す。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。マイクロエマルジョンは、W / Oタイプの構造からO / Wタイプの構造に連続的に変化することができます。システムが水に富むと、油相は均一なビーズの形で連続相に分散し、O / W型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します 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。システム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であり、2つがランダムに接続され、二重連続相構造と呼ばれ、このとき、システムは逆の領域にあります。
界面張力の低減
界面活性剤のみを使用すると、CMCに達した後、界面張力は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添加すると、界面張力をさらに低下させ、界面により多くの界面活性剤と共界面活性剤を吸着させることができます。液滴の界面張力がy <10 ”n="" cm,="" it="" can="" spontaneously="" form="" a="" microemulsion,="" and="" when="" y=""> 10〜5N / cmの場合、粗いエマルジョンが生成されます。もちろん、コハク酸などのイオン性界面活性剤もいくつかあります オクチルスルホン酸ナトリウム (AOT) は、2 つの炭化水素基を持つ極性ヘッドを特徴としているため、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は、HLB値に近いものもあります。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場合、大きな液滴が小さな液滴に分散し、界面を変形および再形成する必要があり、界面の曲げエネルギーが必要です。共界面活性剤を添加すると、界面の剛性が低下し、界面の流動性が向上し、マイクロエマルジョンの生成時に必要な曲げエネルギーが減少し、マイクロエマルジョン液滴が生成されやすくなります。