Эмульгирование — важный процесс для многих сфер производства
Эмульгирование — это технологический процесс, 
позволяющий смешивать две и более несмешивающиеся или трудно смешивающиеся жидкости, например, растительное масло и воду. Целью является получение однородной эмульсии, не расслаивающейся с течением времени. Для этого, во-первых, производится диспергирование жидкостей до состояний мельчайших капель. Во-вторых, в одну из смешиваемых жидкостей вводят эмульгаторы, которые стабилизируют смесь, не давая ей расслоиться.
Кроме механического смешивания применяют метод конденсации, то есть выделения жидкой фазы (в виде капель) из пересыщенных паров, расплавов, растворов.
Эмульгирование применяется, в основном при изготовлении:
Устройства для производства эмульсий
Основная задача эмульгирования, и самая сложная — диспергирование жидкой среды на мелкие капли. Обычно для этого применяются высокоскоростные мешалки, смесители, гомогенизаторы; роторно-статорные машины и турбинные мешалки в производствах. В этих типах устройств сочетаются большие сдвиговые и растягивающие силы, что приводит к получению капель очень малых размеров. Степень дисперсности капель зависит от скорости вращения насадки мешалки и ее можно регулировать. На скорость приготовления равномерной эмульсии влияет также температура смешивающихся жидкостей.
 |  |  |
| Твин-80 | Hei-TORQUE Precision 400 Heidolph | IKA RH digital магнитная мешалка с нагревом |
| Один из самых популярных эмульгаторов | Верхнеприводная мешалка, развивающая скорость до 2000 об./мин. | Одновременно перемешивает и подогревает жидкости, ускоряя приготовление эмульсии |
Существует еще ультразвуковое эмульгирование, при котором превращение в эмульсию трудно смешивающихся жидкостей происходит под действием ультразвуковых акустических колебаний. Оно применяется для смешивания нефтепродуктов, жиров, масел с водой — они плохо поддаются эмульгированию другими способами.
Эмульгаторы выполняют в процессах эмульгирования двойную роль. Они стабилизируют эмульсию и способствуют быстрейшему раздроблению жидкостей на мелкие капельки.
В качестве эмульгаторов используются:
Особенно популярны в промышленности различные 
ПАВ. Их молекулы содержат гидрофильные и гидрофобные компоненты (водоотталкивающие и притягивающие воду), выполняющие роль «посредника» между каплями несмешивающихся жидкостей. При этом они снижают поверхностное натяжение на границе раздела сред, уменьшая усилия, необходимые для приготовления эмульсии и сохраняя эмульсию в этом состоянии долгое время.
К эмульгаторам, в какой-то мере, можно отнести и пенообразователи, и пеностабилизаторы. Эти вещества позволяют смешивать и сохранять смеси газообразных, жидких и твердых сред.
В магазине «ПраймКемикалсГрупп» продается множество реактивов, использующихся в качестве эмульгаторов и ПАВ в промышленности, косметологии и пищепроме: Твин 80, канифоль, желтая кровяная соль, аммоний углекислый, хлористый аммоний, натрия полифосфат, полиэтиленгликоли, поливиниловый спирт, масляная кислота, маннит и другие. Цены и сервис вас приятно удивят.
Сложности эмульгирования *
Всем известно, что масло водой не разбавишь… А ведь именно этот принцип лежит в основе офсетной печати: краски на масляной основе практически полностью отталкиваются водой на печатных формах, образуя лёгкую эмульсию.
Процесс образования эмульсии, или установление корректного баланса краска/вода, — неизбывная головная боль офсетных типографий. И дело не только в краске и увлажняющем растворе: свою лепту вносят печатные формы, запечатываемый материал, температура, влажность, насыщенность пигмента. Главное — избежать эмульгирования.
«Увлажняющий раствор, смешиваясь с краской, вызывает образование эмульсии, — объясняет Джим Гэллоуэй из корпоративного исследовательского центра INX International Ink. — Увлажняющий раствор равномерно распределяется в краске в виде мельчайших капелек. Сбалансированная смесь краски и воды даёт столь важную для офсетной печати стабильную эмульсию, а все отклонения чреваты неизбежными проблемами с печатью».
«Достижение правильного баланса краска/вода — больше искусство, нежели наука»,— уверен технический директор Flint Group Эндрю Мэтьюс.
Офсетные основы
В действительности принципы офсетной печати сложнее. На форме печатающие элементы восприимчивы к краске, пробельные — к воде или увлажняющему раствору. Печатающие области характеризуются низкой поверхностной энергией, и вода с них легко удаляется. Наоборот, на пробельных областях формы она образует сплошную плёнку, так как их поверхностная энергия высока.
«Вода и краска одновременно подаются на печатную форму, и между ними нет никаких преград, — говорит президент Flexo Tech Лиза Файн. — Их разделяет лишь гидрофильность пробельных участков и олеофильность печатных элементов формы».
Если частицы воды и масла притягиваются, начинает образовываться эмульсия. Когда в краску попадает слишком много воды, она становится избыточно эмульгированной — всё, машину можно останавливать.
«Эмульгирование зависит от множества факторов, — рассказывает менеджер направления красок для рулонной печати с сушкой Sun Chemical Дон Сирзега. — Три основных: бумага, увлажняющий раствор, краска. Химический состав краски определяет, насколько она подходит к конкретному увлажняющему раствору и какова стабильность эмульсии. Как бы там ни было, условия (температура, управление технологическим процессом, регенерация увлажняющего раствора) могут выйти из-под контроля, и увлажняющий раствор перестанет восприниматься формой, что потребует дополнительной подачи воды и приведёт к изменению баланса».
Ключевая роль отведена увлажняющему раствору, понижающему поверхностное напряжение и увеличивающему и поддерживающему гидрофильность печатной формы. Как правило, в рулонной печати с сушкой и листовом офсете идеальны кислые растворы, в газетной печати — нейтральные. Гэллоуэй поясняет, что без образования эмульсии с увлажняющим раствором офсетная краска не сможет перейти на печатную форму: «В образующейся в офсетной печатной машине эмульсии краски и воды всё дело в переносе. Смешивание увлажняющего раствора с краской проблем не представляет, а вот передача краски из раствора на носитель определяется разделением на красочных валиках, адгезионными свойствами валиков, печатных форм и офсетных полотен. Прохождение краски и воды через валики — один из главных факторов эмульгирования в офсетной печатной машине. Для достижения корректного разделения эмульгированной плёнки переноса крайне важны количество краски и толщина водной плёнки».
«В краске всегда присутствует небольшое количество увлажняющего раствора, который эмульгируется с ней из-за усилий сдвига и химического сродства: например, насыщенная полиэфирами или алкидами краска может притягивать больше воды, нежели углеводородный полимер», — добавляет Файн.
Нарушение баланса краска/вода чревато массой проблем. «На баланс влияет абсолютно всё, — объясняет Файн. — С повышением скорости машины растут усилия сдвига, также критичен химический состав красок. Свою роль играет температура: в жаркую погоду вязкость краски падает, и она легко поглощает воду. При избыточном объёме воды образуются хлопья, оставляющие на отпечатке грязь и непропечатанные области. Если эмульсия не появилась, краска образует марашки, ухудшается перенос. Или краска, скапливаясь на красочных валиках, не переходит на печатную форму и не переносится на материал».
«Ещё две важнейшие переменные — температура и влажность в печатном цехе, контролем которых часто пренебрегают, — добавляет Гэллоуэй. — Колебания температуры влияют на расход увлажняющего раствора. Печатная машина — серьёзный источник образования тепла, подчас единственный способ её охлаждения — испарение увлажняющего раствора. Для уменьшения эффекта в некоторых машинах (преимущественно, рулонных с сушкой) используют валики с водяным охлаждением. Изменение температуры создаёт новые требования к краске для начала эмульгирования из-за меняющейся стабильности. А неконтролируемая влажность в типографии грозит колебаниями в интенсивности испарения».
Насыщенные пигментами краски — дополнительная сложность для производителей, с точки зрения установления баланса краска/вода. «Нормы насыщенности связывают нам руки, — объясняет Мэтьюс. — Краска с повышенной насыщенностью пигмента формирует более тонкую плёнку, сужая границы баланса. И наоборот, чем меньше пигмента, тем толще должна быть красочная плёнка и больше допустимое содержание воды».
«Насыщенная пигментами краска влияет на процесс печати — краски подаётся меньше, и эмульгирование может испортить тонкую красочную плёнку», — добавляет Файн.
Даже если всё идёт хорошо, нет никакой гарантии, что так будет и впредь. «Сначала баланс оптимизирован, и всё выглядит отлично, но через несколько часов машина нагревается, и меняется баланс краска/вода», — рассказывает Мэтьюс.
Лучше меньше, да лучше
Как же решить проблему эмульгирования? Начинайте работу с минимального уровня краски и воды. «Как можно меньше воды и краски: добавляйте постепенно, пока не выйдете на нужную плотность», — советует Мэтьюс.
«Универсальных рекомендаций по балансу краска/вода нет, — отмечает Гэллоуэй. — Считается, что краскоперенос приближается к оптимальному при минимальном уровне увлажняющего раствора и краски, дающем удовлетворительную плотность оттиска и поддер-
живающем корректный тоновый баланс. Впрочем, это не означает, что при колебаниях уровня эмульгирования увлажняющего раствора не будет удовлетворительной печати».
Корректировать ситуацию допустимо и в процессе печати, добавляя воду или краску, но, хотя многочисленные попытки могут завершиться успехом, истинная проблема останется нерешённой.
«Образование эмульсии офсетной краски с увлажняющим раствором обязательно, но необходимо контролировать уровень эмульгирования, — добавил Гэллоуэй. — У каждой краски есть рекомендованные параметры для оптимальной печати: эмульсия краска/вода не должна утратить рабочие характеристики собственно краски — липкость, вязкость, краскоперенос. При нарушении баланса краска/вода сокращается способность краски к расщеплению, нарушается процесс переноса жидкости. Эмульсия становится нестабильной, краска скапливается и эмульгирует, красочная плёнка больше не переносится на валики и печатные формы. Единственное средство избавиться от перенасыщения краски водой — удалить краску из машины, смыть красочный аппарат, заложить свежую краску, начать восстановление баланса краска/вода заново, с минимальными начальными параметрами».
«Если вы подали чуть больше воды, нарушается плотность; исправляя ситуацию, хочется добавить ещё краски, что создаёт новые проблемы», — объясняет Сирзега.
«С большим количеством воды и краски можно добиться приемлемого результата на начальных этапах, но постепенно возникнут проблемы, — замечает Мэтьюс. — Опытный печатник распознает перенасыщенную водой краску и в случае необходимости выровняет баланс».
Выбор пластин и материалов
Баланс краска/вода зависит и от выбора печатных пластин и запечатываемых носителей. «В коммерческой офсетной печати краски и увлажняющий раствор более чувствительны к корректировкам и изменениям переменных в печатной машине и цехе, — рассказывает Гэллоуэй. — Для толщины водной плёнки и формируемой на ней эмульсии краска/вода большое значение имеет глубина зернения пластины. Бумага, на которой мы печатаем, уже не та: 15–20 лет назад практически все североамериканские комбинаты обрабатывали её кислотами, сейчас — щёлочами. Смена подхода не случайна, ведь у щёлочной бумаги серьёзные преимущества: предприятие меньше загрязняет окружающую среду, бумага стала прочнее, а её производство экономичнее. Выбор сырья и изменения в бумагоделательном процессе за последние 5 лет больше остальных факторов повлияли на проблему формирования эмульсии краска/вода и её перенос. В последние годы в производстве всё чаще используется осаждённый карбонат кальция — удобный наполнитель для щёлочной бумаги делает её белее и непрозрачнее по сравнению с сортами на основе каолина. Два этих параметра — признаки качества материала, поэтому с продажами у производителей проблем нет. Карбонат кальция намного дешевле диоксида титана, что благоприятно сказывается на себестоимости продукции. Но при определённых условиях печати кальциевые структуры выщёлачиваются, скапливаются и нарушают печатный процесс: зажиривание печатных форм, забивание форм и налёт на валиках отрицательно влияют на краскоперенос, заставляя делать частые, но бесполезные смывки».
Как же быть
Причин и следствий эмульгирования множество, но гораздо важнее понять, как избежать нарушения баланса краска/вода или выровнять нарушенный баланс. К сожалению, однозначного ответа на этот вопрос нет. «Можно вносить корректировки, заменять увлажняющий раствор на имеющий меньшее химическое сродство с краской, в конце концов, поменять краску», — предлагает Файн.
«При производстве краски нужно использовать наиболее качественные связующие и правильно подбирать компоненты», — уверен Сирзега.
Для контроля оптимального баланса краска/вода исследовательский центр INX International Ink даёт следующие советы.
Эмульгирование
Некоторые жидкости трудно или вообще невозможно смешать. К ним относятся вода и жиры, вода и эфирные масла, вода и нефтепродукты. Смеси таких веществ называются эмульсиями и потребность в них очень велика. Барьер несмешиваемости удается преодолеть благодаря кавитационным процессам в ультразвуковом поле и получить эмульсии с размерами частиц менее 1..5 мкм. Эмульсии с такими размерами частиц являются устойчивыми длительное время и не расслаиваются в течении нескольких суток и даже месяцев.
Более подробную информацию по ультразвуковому эмульгированию можно посмотреть в монографиях «Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве» и «Применение ультразвука в промышленности».
Наиболее часто ультразвуковое эмульгирование применяется для:
3.4.2 Процессы эмульгирования пищевых продуктов
(Хмелёв В.Н., Попова О.В. Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве: научная монография/ Алт. гос. Техн. Ун-т. им. И.И. Ползунова. — Барнаул: изд. АлтГТУ, 1997. — 160 с.)
Многие вещества в домашнем хозяйстве используются в виде эмульсий, например, различные майонезы, маргарины, кетчупы и т.п. Дробление жировых частиц молока до микроскопических размеров, т.е. получение мелкодисперсной жировой эмульсии, почти на треть повышает питательную ценность молока. Введение в тесто жировых эмульсий вместо жира улучшает качество хлебобулочных изделий. Жировые эмульсии могут использоваться для смазки форм и листов в хлебопечении, сохраняя до 90 % используемого в настоящее время жира [24]. В парфюмерном производстве очень эффективным является использование ароматических эмульсий эфирных масел. Получение лечебных эмульсий, заключающееся в равномерном распределении лекарственного жидкого препарата в воде, является в обычных условиях сложной задачей.
Устойчивость эмульсий, полученных с применением ультразвука, много выше, чем полученных обычным способом. Ещё одним важнейшим достоинством является сверхтонкое дробление лекарственного препарата (до изменяющее его свойства настолько, что становится возможным неспецифический путь введения в организм. Например, камфорная эмульсия пригодна для внутривенного введения, а кукурузное масло для парентерального питания. Приготовленная с помощью ультразвука эмульсия оливкового масла в воде (в качестве эмульгатора использован лицитин) оказывается лишенной токсических свойств и способности вызывать жировую эмболию. При приготовлении лекарственных эмульсий с помощью фитомиксера необходимо учитывать, что для каждого вещества существует предельная концентрация получаемой эмульсии.
Максимальная концентрация эмульсий, получаемых с помощью ультразвука без применения стабилизирующих веществ, обычно не превышает 15 % (максимальная концентрация эмульсий, получаемых механическим взбиванием, меньше 15 %). Применение стабилизаторов (эмульгаторов) позволяет получать эмульсии с концентрацией более 50 %. Эта зависимость характерна в основном для эмульсий типа вода — масло, которые менее устойчивы. Полученные с помощью ультразвука эмульсии масел в воде сохраняют свою стабильность в течение нескольких месяцев и без эмульгаторов. При получении эмульсий эфирных масел (розового, укропного, мятного, пихтового, бархатцев и т.п.) эмульгаторы не используются, так как в составе масляной фазы имеется достаточное количество эмульгирующих природных компонентов — спиртов.
При получении лечебных масел (касторового, рыбьего жира, персикового, абрикосового, вазелинового, шиповникового и других) применение стабилизирующего вещества (например, поливинилового спирта в количествах, менее 1 %) позволяет получать более устойчивые эмульсии, чем без стабилизаторов. При использовании касторового масла за 1 мин обработки удается получить устойчивые эмульсии с концентрацией до 10 % без применения стабилизаторов. Эмульсия с концентрацией более 10 % получается грубодисперсной и расслаивается в течение нескольких часов.
Эмульсия касторового масла приготавливается с целью корригирования вкусовых качеств масла для внутреннего применения в педиатрической практике. Полученная в результате УЗ обработки эмульсия приятна на вкус, по виду напоминает молоко и устойчива в течение нескольких часов. Аналогичные результаты получаются при приготовлении эмульсии рыбьего жира. Эмульсия полностью утрачивает неприятный вкус и запах рыбьего жира. Приготовление эмульсий облепихового и шиповникового масел для внутреннего и наружного потребления в объемах осуществляется в течение
В домашних условиях и аптеках можно приготавливать также:
— жидкость Шинкаренко (4,5 части рыбьего жира, 4,5 части воды, 1 часть поли-винилового спирта ) для наружного применения, хорошо распределяющуюся по поверхности мокнущих ожоговых ран;
— водновазелиновую эмульсию, стабилизированную поливиниловым спиртом (4:4:2), используемую как наружное защитное средство;
— для внутреннего и наружного потребления можно получать эмульсии мугроля, альбихтола, сульфиднострептоцидовую, стрептоцидовую, синтомициновую, нафталанской нефти, лечебных грязей и др.
При приготовлении эмульсий лечебных масел необходимо учитывать следующее.
1. Устойчивость эмульсий убывает в следующей последовательности: эфирные масла — рыбий жир — касторовое масло — вазелиновое масло.
2. Эмульсии эфирных и лечебных масел наиболее устойчивы при их получении при о С.
3. С помощью ультразвука трудно получить эмульсии высокой концентрации из очень вязких жидкостей: ланолина, глицерина и т.п.
4. При приготовлении эмульсий инструмент колебательной системы рекомендуется располагать ближе к границе раздела масло — вода.
5. Во избежание загрязнений трудноудаляемыми маслами рекомендуется приготавливать эмульсии в стеклянной посуде (например, стандартных стеклянных банках, стаканах и т.п.).
Эмульгирование с помощью ультразвука является наиболее эффективным способом получения эмульсий, и в том числе эмульсий из животных и растительных жиров [25]. Анализ возможностей получения и применения эмульсий позволяет рекомендовать их для производства колбасных изделий, вводя жировые эмульсии в фарш колбасных изделий вместо жира-сырца. Добавление в фарш эмульсии свиного жира позволяет увеличить его водосвязывающую способность, а, следовательно, повысить выход продукции и улучшить её качество. Используемые в этом случае эмульсии являются высококонцентрированными и поэтому при их получении необходимо использовать мощные стабилизирующие вещества с длинными молекулами, придающими эмульсиям высокую устойчивость. Наиболее доступным и эффективным эмульгирующим и стабилизирующим веществом является желатин. Разрушение в результате УЗ воздействия структуры раствора желатина способствует эффективной стабилизации эмульсии, т.к. отдельные капельки жира попадают внутрь ячеек сплошной сетки. Благодаря способности обломков структуры желатина к быстрому сращиванию, мельчайшие капельки жира остаются внутри ячеек восстановленной сетки и после снятия ультразвукового воздействия.
Технология получения жировых эмульсий заключается в последовательном получении с помощью УЗ аппарата раствора желатина и постепенном введении в раствор эмульгируемого расплавленного жира [26]. Максимальная эмульгирующая эффективность наблюдается при содержании желатина от 0,25 % до 1,0 %. Дальнейшее увеличение концентрации желатина не дает существенного эффекта, поэтому применение желатина в концентрациях более 0,75–1,0 нецелесообразно. При отсутствии желатинового раствора можно использовать в качестве стабилизатора эмульсий бульоны, получаемые при выварке кости или варке ветчинных изделий. Еще одним из самых доступных стабилизаторов является обезжиренное порошковое молоко. В этом случае для приготовления эмульсии свиного жира с концентрацией до 30 % необходима концентрация порошкового молока до 10 %. Получаемая при этом эмульсия является однородной и устойчивой в течение длительного времени.
Известно, что введение жировых эмульсий при производстве сосисок позволяет резко сократить выдержку мяса в рассоле, снизить затраты труда и использовать в производстве сборный и костный жиры. По данным, приведенным в той же работе, питание больных колбасными изделиями, содержащими жировые эмульсии, дает положительные результаты при лечении заболеваний печени и желчного пузыря. Кроме того, при введении в фарш высокодисперсной жировой эмульсии можно получать высококачественный готовый продукт из дефростированного мяса без предварительной выдержки в посоле.
Эмульгирующее действие ультразвука используется также для получения ароматических эмульсий в пищевой промышленности. В настоящее время широко используются маслянистые экстракты пряностей вместо порошкообразных специй. Высокая ароматичность экстрактов позволяет вводить их в количестве, в раз меньшем, чем при использовании натуральных пряностей. Водные эмульсии получают из экстракта (например, душистого перца) при требующихся соотношениях воды и экстракта. Получаемые эмульсии сохраняют стабильность в течение неcкольких недель и даже месяцев.
При приготовлении эмульсий из экстрактов специй не следует предпринимать специальных мер охлаждения обрабатываемой жидкости, т.к. интенсивность запаха душистого перца не уменьшается при нагревании эмульсии до 100 o С и даже при её кипячении.
Введение жировых эмульсий вместо жира в хлебобулочные изделия (5 % подсолнечного масла) повышает их качество. Так, удельный объем хлеба увеличивается в этом случае в 1,3 раза, пористость в 1,1 раза, сжимаемость в 1,11 раза.
Во всех перечисленных случаях применение эмульсий, полученных с помощью ультразвука, дает положительные результаты.
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ
Система из двух несмешивающихся жидкостей будет находиться в термодинамически устойчивом состоянии, если она будет состоять из двух сплошных слоев: верхнего (более легкая жидкость) и нижнего (более тяжелая жидкость). Как только мы начнем один из сплошных слоев дробить на капельки, чтобы получить эмульсию, будет возрастать межфазная поверхность, а следовательно, свободная поверхностная энергия и система станет термодинамически неустойчивой. Чем больше энергии будет затрачено на образование эмульсии, тем более неустойчивой она будет. Чтобы придать эмульсии относительную устойчивость, используют специальные вещества – стабилизаторы, называемые эмульгаторами. Практически все эмульсии (за исключением некоторых, образующихся самопроизвольно) получают только в присутствии эмульгаторов.
Природа и механизм действия эмульгаторов будут рассмотрены в специальном разделе, а пока отметим, что эмульсии – это, как минимум, трехкомпонентные системы, состоящие из полярной жидкости, неполярной жидкости и эмульгатора. При этом одна из жидкостей находится в виде капель. Капли требуемых размеров могут быть получены двумя различными путями: конденсационным методом, выращивая их из малых центров каплеобразования, и диспергационным, дробя крупные капли.
Наиболее распространенными как в лабораторной, так и в производственной практике являются диспергационные методы.
На размер образующихся капель существенным образом влияют давление инжектируемого пара, диаметр впускного сопла, эмульгатор. Этим методом легко получают капли с размерами до 20 мкм.
Эмульсии можно также получить, используя монодисперсный аэрозоль, полученный конденсационным методом. Для этого в слегка пересыщенный пар вводят мелкие (с размерами 
10 
6 см) частицы и позволяют центрам каплеобразования расти в течение некоторого времени, В результате образуется практически монодисперсный туман, при пропускании которого в дисперсионную среду получают монодисперсную эмульсию.
Замена растворителя. Вещество, которое в будущей эмульсии должно находиться в виде капель, растворяют в «хорошем» растворителе с образованием истинного раствора. Если затем в полученный раствор ввести другой растворитель, который существенно «портят» первый, то растворенное вещество будет объединяться в капли, образуя эмульсию. Например, для бензола этанол является «хорошим» растворителем, в котором бензол находится в виде молекул. При добавлении к этому раствору воды происходит образование капелек бензола в водноспиртовой дисперсионной среде – возникает эмульсия I рода. Этот процесс легко наблюдается визуально – система из прозрачной становится мутной, так как капельки бензола, в отличие от молекул бензола, рассеивают и отражают свет.
Эти методы основаны на дроблении грубодисперсной системы, которая представляет собой два несмешивающихся жидких слоя. В зависимости от вида работы, которая совершается над грубодисперсной системой, диспергационные методы можно подразделить на три группы.
Механическое диспергирование. Механическая работа, затрачиваемая для диспергирования, сводится к встряхиванию, смешению, гомогенизации, выдавливанию сплошных жидкостей, одна из которых содержит эмульгатор.
1. Метод прерывистого встряхивания (d капель 50 –100 мкм)
Образование эмульсии легко продемонстрировать, если пробирку, в которую налиты две жидкости, энергично встряхивать.
Бриге (1920)установил, что прерывистое встряхивание с постоянными интервалами между толчками гораздо более эффективно, чем непрерывное. Например, для приготовления эмульсии 60% бензола в 1%–м растворе олеата натрия необходимо непрерывное встряхивание в течение 7 мин (за это время механическое устройство совершает 3000 толчков). Такая же эмульсия может быть приготовлена путем пяти встряхиваний вручную в течение 2 мин, если интервалы между двумя толчками составляют 20–30 с. При каждом толчке сплошная поверхность между двумя жидкостями становится волнистой и деформируется. Эта волнистость вначале приобретает вид пальцевидных отростков, которые затем разрушаются на мелкие капли. Этот процесс совершается в течение примерно 5 с. Если увеличивать интервалы между встряхиваниями, можно ускорить этот процесс. При ручном встряхивании капли будут иметь шаровую форму и размер 50–100 мкм.
2. Применение смесителей
Промышленность выпускает смесители разнообразных конструкций: с мешалками пропеллерного и турбинного типов, коллоидные мельницы, гомогенизаторы.
Гомогенизаторы – это устройства, в которых диспергирование жидкости достигается пропусканием ее через малые отверстия под высоким давлением. Эти устройства широко применяются для гомогенизации молока, в ходе которой средний диаметр капель молока понижается до 0,2 мкм, и такое молоко не отстаивается.
Эмульгирование ультразвуком. Образование эмульсий при интенсивном ультразвуковом воздействии впервые наблюдали Вуд и Лукис (1927), которые работали с кварцевым генератором большой мощности и частотой 200кГц. По мере развития ультразвуковой техники появился целый поток исследований в этой области.
Ультразвуковая область частот лежит выше предела слышимости человека (более 15 кГц) и распространяется вплоть до 10 9 Гц. Для эмульгирования должен применяться ультразвук большой мощности, наиболее эффективной является область частот 20–50 кГц.
Следует отметить, что эмульгирование ультразвуком весьма перспективно, хотя пока не находит широкого применения в промышленности.
Эмульгирование электрическими методами. Метод электрического «дробления» известен давно, хотя стал привлекать внимание к себе лишь в последние годы.
В 1958 г. Наваб и Мазон получили практически монодисперсную эмульсию в результате электрического диспергирования.
Идея их метода состояла в следующем. Жидкость, которая должна быть диспергирована, помещалась в сосуд, заканчивающийся капиллярной воронкой. Последняя соединялась с положительным полюсом источника высокого напряжения. Сосуд был вставлен в большую круглодонную колбу, на дно которой был уложен заземленный металлический электрод. В колбу была налита жидкость, которая служила бы в эмульсии дисперсионной средой. Образующиеся при истечении из капилляра мелкие капли, попадая в жидкость, образовали эмульсии. Изменяя величину приложенного напряжения и регулируя зазор между капилляром и жидкостью, получали эмульсии с определенными размерами частиц, обычно в интервале 1–10 мкм.
Для улучшения свойств эмульсий жидкость в колбе можно перемешивать и вводить эмульгатор. Таким путем получали устойчивые эмульсии типов М/В и В/М с концентрацией до 30%.
Электрические методы диспергирования в настоящее время находятся в стадии развития и совершенствования. Они имеют ряд очевидных преимуществ, из которых главное – высокая монодисперсность получаемых эмульсий. Эти методы позволяют получать эмульсии обоих типов с меньшей концентрацией эмульгатора, чем с помощью других методов. Однако электрические методы имеют и недостатки. Так, если жидкости обладают заметной вязкостью, то эмульгирование затруднено или вообще невозможно.
Самопроизвольным называется эмульгирование, которое происходит без затрат энергии извне. Оно обнаруживается, например, в двухкомпонентной (без эмульгатора) гетерогенной системе при температуре, близкой к критической температуре взаиморастворения[13] этих жидкостей.
При этой температуре поверхностное натяжение становится крайне малым, менее 1 • 10 4 Дж/м 2 – в этих условиях самопроизвольно образуется эмульсия. Она является термодинамически устойчивой, так как избыток свободной поверхностной энергии, возникающей при образовании капель, компенсируется энтропийным фактором – стремлением вещества к равномерному распределению в объеме системы. Каждая фаза этой эмульсии является насыщенным раствором одной жидкости в другой.
В этой возможности самопроизвольного образования термодинамически устойчивых равновесных систем при условии очень низких значений поверхностного натяжения заключается одна из характерных особенностей эмульсий, отсутствующая у всех других дисперсных систем.
По Ребиндеру, критическое значение 
min, необходимое для образования любой самопроизвольной эмульсии, включая критические эмульсии, определяется выражением:
Жидкий жир при поглощении организмом эмульгируется в кишечнике солями желчных кислот до состояния высокодисперсной жировой эмульсии и затем всасывается через стенки кишечника. Интересно, что система таурохолат (желчная соль) – моноглицеридолеиновая кислота при 6,0 2 ), при котором может происходить самопроизвольное эмульгирование.
Эмульсии, которые образуются самопроизвольно и,
следовательно, являются термодинамически устойчивыми, иногда называют лиофильньми эмульсиями.
Следует отметить, что после открытия Гэдом в 1878 г. самопроизвольного эмульгирования, были найдены многочисленные системы жидкостей, которым свойственно это явление. Однако его механизм до сих пор остается дискуссионным.
