微乳化技術是一種全新的技術,它是由Hoar和Schulman 1943年發現的,并于1959年將油-水-表面活性劑-助表面活性劑形成的均相體系正式定名為微乳液(microemulsion)。根據表面活性劑性質和微乳液組成的不同,微乳液可呈現為水包油和油包水兩種類型。

  一、微乳液的性質

  微乳液是由水、油、表面活性劑(surfactant)和助表面活性劑(cosurfactant)在適當的比例下形成的透明或半透明、各向同性的熱力學穩定體系。表1對微乳化液與常規乳化液的一些性質做了簡略比較。

微乳化技術的應用

  從表1可以看出微乳液與乳狀液的本質區別表現為兩個方面:(1)微乳液是熱力學穩定體系,而乳狀液只是動力學意義上的穩定;(2)微乳液小球的粒徑小于10nm,所以微乳液呈透明或半透明;而乳液小球的粒徑為100∽500nm,故體系是渾濁的。

  微乳液具有以下特性:

  (1)超低的界面張力:在微乳液體系中油/水界面張力可降至超低值10-3∽10-4mN.m-1,而一般的油/水界面張力通常為70 mN.m-1,加入表面活性劑能降低至20 mN.m-1左右。

  (2)很大的增溶量:O/W型微乳液對油的增溶量一般為5%左右,而W/O型微乳液對油的增溶量一般為60%左右。

  (3)粒徑:微乳液液滴的大小一般為10∽100nm,膠束的大小一般為1∽10nm,為乳液的粒徑介于膠束與乳狀液之間。

  (4)熱力學穩定性:微乳液很穩定,長時間放置液不會分層和破乳。

  二、微乳液的制備方法

  (1)劑在水中法:乳化劑溶于水中,在激烈攪拌下將油相加入,可得O/W型乳液。

  (2)劑在油中法:乳化劑溶于油相,再加水,直接制得W/O型乳液。繼續加水至變型,可得O/W型乳液。這樣制得的O/W型乳液粒度小,穩定性高。

  (3)輪流加液法:將油和水輪流加入乳化劑中,每次少量。

  (4)瞬間成皂法:制備用皂穩定的乳液,可將脂肪酸溶于油相,將堿溶于水相。在劇烈攪拌下將兩相混合,在界面上瞬間形成脂肪酸皂,從而得到穩定的乳液。

  (5)界面復合物生成法:采用復合乳化劑時,將親油性強的乳化劑溶于油相,將親水性強的乳化劑溶于水相。兩相混合時,界面上二種乳化劑形成復合物,從而使乳狀液穩定。

  (6)自發乳化法:不需要機械攪拌,把油、水和乳化劑加在一起自發地形成乳狀液。

  三、在石油行業中的應用

  (1)在提高原油采收率中的應用

  在當前各種各樣的能源中,原油發揮著重要的作用,約占世界能源的40%。但是,原油是非再生資源,儲量在逐年下降。因此,提高原油采收率,以增加原油供應,其重要性不言而喻。所謂提高原油采收率是指通過注入原來油藏中沒有的各種物料驅替出參與原油。一次采油是靠地下油藏自身的壓力開采;二次采油是指用注氣或注水等手段是油藏中局部增加壓力;三次采油則是指二次采油后所采用的任何技術,微乳液驅油是其中比較有效的一種。

  微乳技術用于三次采油,從60年代就已開始,70年代的兩次石油危機大大加速了這方面的工作。微乳液驅油之所以能驅油最主要的原因是微乳液能產生超低的油-驅替液界面張力。二次采油后剩余的油年夫在地層的毛細管道中,油水界面張力約30N/m,由此得出,驅動殘余油的壓差一般為100Kg/cm-2/m-1,而注水的壓差只有2~4Kg/cm-2/m-1,所以單靠注水不能采出這部分原油。加入微乳液可是表面張力降低到10-3N/m,因而可以大大提高采收率。

  (2)在燃料油中的應用

  早在1913年,英國劍橋大學就提出在發動機中摻水燃燒的思路,1981年國際燃燒協會第一屆年會上決定把摻水燃料作為三大節能措施之一。隨著能源供需矛盾的日益突出,節約能源、保護環境已成為世界性研究課題。當今油料尤其是柴油的價格不斷攀升,每噸批發價近4000元。因此,油包水型微乳化柴油,這種新型的節能燃料,成為近期研究的熱點。

  微乳化柴油其節能和環保性能有著嚴謹的科學依據。水本身并不燃燒,,內燃機使用含水燃料之所以能節能,不是水代替了燃料,而是促進了燃燒,使原有的燃燒更完善。眾說周知,水是由氧和氫兩種元素組成的,在氣缸高溫高壓燃燒中會發生一系列附加的化學反應,會產生大量的O、H和OH自由基,這些物質大大活化了整個燃燒過程。第一,是利用自身分解氧充分助燃,抑制了未燃碳的提前排放,使之更完全燃燒,從而節省了燃油;第二,利用水在一切固體和液體中比熱最大的特性迅速吸收動力零部件熱量而減少膨脹性磨擦,降低了自耗功而節省了油料,增加了功率;第三,減少積炭和結膠,含水燃料可減少局部高溫缺氧脫氫裂解烴類結成炭顆粒,且使燃燒室各壁面和噴油頭、火花電極等突出部位溫度均化,保證整體正常工作,從而達到降耗的目的;第四,促使二次霧化,由于水的沸點低而蒸發早,水蒸氣產生的壓力突破油包水所形成的薄膜,產生微爆效應,使油、水都得到了在化油器之后的再次霧化,不僅大大提高了燃燒利用率而節能,且增加了功率,減少尾氣污染30%以上,屬清潔型節能燃料。

  (3)在石蠟中的應用

  微乳化蠟以石蠟和高效乳化劑等為原料乳化而成,其具有乳液微粒小、穩定性好、透明等特點。

  微乳化蠟可用于人造板工業,我國目前的各種纖維板和刨花板都不同程度的使用微乳化蠟作防水劑。在造紙業,如果采用微乳化蠟施膠不僅可改善紙張質量,還可降低成本。在紡織業,微乳化蠟主要用作柔軟劑和上漿助劑。在農業,微乳化蠟主要用于果蔬保鮮和植物保護。果蔬采收后用水果保鮮微乳化蠟處理,可防止因生理衰老、病菌及機械損傷等引起的腐爛變質。在植物保護方面,微乳化蠟可防止干旱、凍害、日灼等氣候條件對植物的有害影響?;ɑ鼙徊烧笙扔盟?,然后再用微乳化蠟處理,可延長花卉的壽命。在皮革制造業,用微乳化蠟處理的皮革,可以使皮革表面具有蠟質手感、清爽、光亮度好。微乳化蠟在陶瓷生產中用作潤滑劑,可以促進胚體形成,易于脫模,提高成品質量。微乳化蠟還可作為塑料制品及汽車上的上光劑。

  微乳化蠟的應用領域十分廣泛,其發展前景十分看好。

  (4)在潤滑劑中的應用

  金屬加工按時用特性分為金屬切削液和金屬成型液(含拉拔、軋制、鍛壓等)兩大類。每一品種再按介質狀況分為油基型(Straight oil)和水基型(Water fluid)。水基液又分為可溶性油(Soluble Oil)、半合成液(Semi-synthetics)(亦稱為微乳液(microemulsion))和合成液(Synthetics)。乳化液是礦油中加入乳化劑溶于水后形成的;半合成液是由油、水、表面活性劑、助表面活性劑、和各種添加劑形成的透明油狀液體;合成液則完全不含油,是一些化合物直接加入水后形成的透明液體。微乳化油是一種介于乳化油和合成切削液之間的新型金屬加工液產品,它既具有乳化油的潤滑性,又有合成切削液的清洗性,逐步發展為乳化油和合成液的換代產品。

  隨著國外先進機械裝備的不斷引進,必須隨機引進大量微乳切削液產品,因國產切削液性能不過硬,滿足不了工藝要求。進口微乳切削液價格昂貴,幾乎是國產切削液價格的十倍左右。因而大力開發研究并試制這種新產品是發展我國機械工業所必須解決的問題。


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