1 Водная эмульсия – что это такое?
Эмульсии иногда называют разновидностью коллоидных растворов. В основном, они представляют собой комбинацию не менее двух жидкостей, обычно не смешивающихся в естественных условиях. При этом одна из жидкостей имеет дисперсную фазу, а вторая образует непрерывную жидкую среду (дисперсионную фазу).
Примеров таких жидкостей множество, и они широко встречаются в повседневной жизни: фотографические растворы, охлаждающие эмульсионные жидкости для металлообработки, майонезы, молоко, много других.
Две жидкости способны составить разные типы эмульсий, в зависимости от того, какая из них являет дисперсную (взвешенную) фазу, и какая образует дисперсионную среду, как основу эмульсионного состава. Как пример, можно привести такую жидкость, как вода, и такой продукт переработки нефти, как масло.
При типе раствора м/в (масло в дисперсной фазе, а вода в дисперсионной) такая водная эмульсия называется прямой. Если же дисперсную фазу образует вода, а масло является основным дисперсионным составом, то эмульсию считают обратной, тип обозначается в/м.
Кстати, обычное молоко представляет собой прямую эмульсию (м/в). Более сложными являются составы, представляющие собой вид в/м/в или м/в/м (т.е. вода-масло-вода и масло-вода-масло).
2 Обработка эмульсией – принцип образования и применения
Составы одних и тех же эмульсий могут иметь большую или меньшую степень концентрации. Большинство из них непрозрачны. При прохождении света (даже через водные эмульсии нефтепродуктов) равномерное его рассеивание определяет белый цвет составов. Если концентрация жидкости дисперсной фазы понижена, цвет приобретает синеватый оттенок, при высокой концентрации спектр смещается в сторону желтого цвета.
Таким образом, даже зрительно можно контролировать качество и состав эмульсии. Для нового поколения растворов, создаваемых по нанотехнологиям на специальном оборудовании, более характерна полупрозрачность, связанная с размерами капельных частиц.
Растворы, получаемые с применением ПАВ, чаще называют микроэмульсиями. Такие составы не так устойчивы, часто произвольно разлагаются, восстанавливают исходное состояние компонентов. Пример может привести любая хозяйка, готовившая винегрет, заправленный маслом и уксусом. Особенностью таких составов является их термическая стойкость, наноэмульсии имеют кинетическую стабильность.
Применение в строительстве водных эмульсий достаточно популярно. Гидрофобизирующие составы наносят на любые поверхности, начиная от бетонов и фиброцементных конструкций, заканчивая натуральным камнем. Также можно придать гидрофобизирующие свойства покрытию из краски и штукатурки. Такие водные эмульсии содержат высокоалкилированные продукты, например, алкоксисилоксан и фторполимер.
С определенным химическим составом такие водные эмульсии способны защищать поверхность не только от влаги, но и загрязнений, даже масляных пятен. Еще замечена способность скреплять поверхность, защищая ее от трещин и сколов. Суть действия проста, ведь после нанесения вода испаряется, оставляя на поверхности прочную полимерную пленку.
Отголоски применения водных эмульсий можно найти и в красках. Так, силиконовая смола в составе ее водной эмульсии используется, как надежное связующее для покрытия силиконовой краской минеральных оснований, самым известных примером которых является цемент. Таким же образом она применяется и в полимерных дисперсиях, самой применяемой из которых можно назвать стирол-акрилатную.
Также есть примеры в автопроме: без смазочных и охлаждающих эмульсий ни один автомобиль не покажется на дороге. Дороги, кстати, строят на основе битумных связующих материалов, являющихся эмульсиями. Если полностью обезводить бензин, он не будет сгорать в камере цилиндра двигателя (доказанный факт). В производстве пестицидов для сельского хозяйства также широко используются такие растворы. И этот перечень можно продолжать.
3 Получение водной эмульсии
Создать эмульсию с длительным периодом устойчивого состояния достаточно сложно. Но применение специальных поверхностно-активных веществ, называемых эмульгаторами, облегчает создание стабильных эмульсий тех жидкостей, которые сложно растворить друг в друге. Вещества эмульгаторы способствуют возникновению дисперсной фазы у соответствующей жидкости. Разумеется, тип будет зависеть еще и от объемных долей смешиваемых составов.
Но в качестве эмульгирующих составов подбирают такие вещества, которые не так хорошо растворяются в дисперсной жидкости, способствуя созданию соответствующей фазы. В качестве примера можно назвать белки, плохо растворимые в нефти и лучше растворяющиеся в воде. Они способствуют лучшему образованию прямой эмульсии м/в.
Основные способы получения однородной эмульсии заключаются в постепенном добавлении смеси ПАВ и дисперсного компонента в постоянный, дисперсионный, при усиленном перемешивании последнего. Пропуская через основной компонент пузырьки воздуха, заставляя его «кипеть», добавляют дисперсную составляющую и п-активные вещества. Вторым способом также получают однородные составы эмульсий.
Со временем стабильность эмульсий снижается. Происходит разложение и расслоение на составляющие. Причиной может быть сила притяжения дисперсных капель, внешне это проявляется в виде выпадения «хлопьев». Различная плотность приводит к тому, что дисперсное вещество поднимается в верхний слой эмульсии и т.д. Как правило, ПАВ придают больше стабильности, влияя на постоянство размеров дисперсных капель.
Когда и как можно разрушить эмульсионный состав? В первую очередь разрушению пленок эмульгаторов способствуют соответствующие химические вещества – реагенты. С их помощью происходит адсорбция эмульгаторов или их замещение.
Может помочь нагревание, как правило, ведущее к их быстрому расслоению. Известны механические методы разделения составов за счет различной плотности компонентов (центрифуги). Можно добиться сепарации при помощи электролитов, действием электротока и т.д.