Aeroszolok, lioszolok, xeroszolok I. Bányai István Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék (Király Zoltán diái felhasználásával) http://koll1.chem.uszeged.hu/colloids/staff/zoli/kemiabsc/8a_inkohe rens%20rendszerek_aeroszolok_habok.pdf
http://dragon.unideb.hu/~kolloid/
2010.03.10.
8. előadás
1
Kolloid rendszerek (szerkezet alapján) Kolloid rendszerek
inkoherens rendszerek
diszperziós k. szolok (liofób kolloidok)
makromol.
koherens rendszerek gélek
asszociációs
porodin (pórusos)
kolloid oldatok liofil kolloidok
retikuláris hálós
korpuszkuláris fibrillás
Spongoid szivacsszerű
lamellás
Szol-gél átalakulás: xeroszolok http://www.iupac.org/reports/2001/colloid_2001/manual_of_s_and_t/node34.html
2010.03.10.
8. előadás http://www.du.edu/~jcalvert/phys/colloid.htm
2
Diszperziós kolloidok (szolok) Halmazállapot szerint Gázközegő aeroszolok
L/G folyadék aeroszol: köd, permet S/G szilárd aeroszol: füst, kolloid por
2010.03.10.
Folyékonyközegő lioszolok
G/L gázlioszolok (tömény gázdiszperziók=hab) L/L emulzió S/L liofób kolloid szol, szuszpenzió (aranyszol, fogpaszta) 8. előadás
Szilárdközegő xeroszolok
G/S szilárd hab: polisztirol hab L/S szilárd emulzió: opál, igazgyöngy S/S szilárd kolloid szuszpenzió: pigmentált polimerek 3
Kolloid rendszerek előállítása (Lásd az előző előadásokat is) Elıállítás: •
Heterogén rendszerbıl diszpergálással, diszperziós kolloidok • Méretcsökkentés, eloszlatás (kolloidmalmok, az aprítás és aggregáció egyensúlya, a közeg szerepe, ultrahanggal végzett diszpergálás, kavitáció jelensége) A hatékonyság a felületi feszültségtől és a viszkozitástól függ (kisebb a fel.fesz. Könnyebb, nagyobb a viszkozitás satbilisabb)
•
Homogén közegbıl – Kondenzálás, diszperziós kolloidok (új fázis, góckeletkezés, gócnövekedés, túltelítettség, halmozódás, rendeződés, külső góchatás, kondenzcsík, mesterséges „esőcsinálás”, jégelhárítás ezüst-jodid tartalmú aeroszolok, kapilláris kondenzáció) • Folyadékból (paraffin kolloid, gázolaj) • Gázfázisból (ködök) – Kémiai reakciók útján • Monodiszperz, diszperziós kolloidok (kén, fémoxid)
2010.03.10.
8. előadás
4
Aeroszol (L/G, S/G) Atmoszférikus aeroszolok
A kisméretű aeroszolok szórják a fényt, hűlést okoznak
Termikus szilika
2010.03.10.
Szén nanorészecskék erősítő anyagok • autógumi nyomtatófesték műanyagok
Fumed Silica (silicon dioxide) Aggregates Thermal conductivity: 12 to 16 mW/mK Light transmission: 20 to 80% at 2 cm Particle density: 140 kg/m³, Bulk Density: 40-100 kg/ m³ , Surface area: 700 m2/g ,Porosity: > 90% Particle size: 5µ - 5 mm Surface Chemistry hydrophobic, reinforcement, thickening & thixotropy, anti-scratch - hydrophilic and hydrophobic fumed silicas
8. előadás
5
Fogalomak
2010.03.10.
8. előadás
6
Aeroszolok
2010.03.10.
8. előadás
7
Stabilitás
2010.03.10.
8. előadás
8
Otpimuma van a tartózkodási idınek, vagy a megtett távolságnak
Gázdiszperziók, habok A diszperz rész a gázfázis, a közeg folyadék (pl szódaviz) Ha a diszpergált gáz kolloid mérető akkor gázlioszol Tömény gázdiszperziók a habok
Tömény lioszol. A folyadék a közeg, amely vékony hártyává torzul, a gáz tf. sokkal nagyobb
http://www.tcd.ie/Physics/Foams/index.php 2010.03.10.
8. előadás
9
Habképzıdés
Buborék méret?
Buborékolás (pórusos testen) módszere küszöbnyomás, p=2γ/r
2010.03.10.
Minél nagyobb nyomással préseljük, annál kisebb a 8. előadás buborék
10
A habok képzıdése 2γ ∆P = r
bubble aeration pr
p
p
Két buborék lebeg a folyadék levegı határfelületen. A nyomás a B helyen kisebb mint az A vagy A` helyen (folyadék irányból) Polyhedral cells A nyilak mutatják a folyadékáramlást, a Laplace-nyomás miatt a csomópontokba győlik. A hártya elvékonyodik, elszakad. Glicerin hozzáadására nı a viszkozitás az áramlás sebessége lecsökken, így hosszabb ideig stabilis a hab. 2010.03.10.
8. előadás
11
Hab • Habképzı szükséges anélkül nem stabilisak ! • Habszerkezet:
Gömb alakú buborékok <7075%
A habszerkezet ha „nedves” a hab. 400X nagyítás
Száraz hab szerkezete 400X nagyítás
poliéderes cella
/www.ctmw.com/articles/Rita/2.htm
2010.03.10.
8. előadás
12
Interferencia Soap Bubbles as Art
Eltérı szinek 2010.03.10.
http://www.tcd.ie/Physics/Foams/duran.php 8. előadás
13
Stabilizáció
2010.03.10.
8. előadás
14
Marangoni hatás
2010.03.10.
8. előadás
15
Marangoni-hatás When a surfactant-stabilized film undergoes sudden expansion, then immediately the expanded portion of the film must have a lower degree of surfactant adsorption than unexpanded portions because the surface area has increased (see Figure 3.24). This causes an increased local surface tension which provides increased resistance to further expansions. If unchecked, further thinning would eventually lead to film rupture. However, the local rise in surface tension produces an immediate contraction of the surface. Since the surface is coupled by viscous forces to the underlying liquid layers, the contraction of the surface induces liquid flow from the low-tension region to the high-tension region. The transport of bulk liquid due to surface tension gradients is termed the Marangoni effect; it re-thickens the thin films and provides a resisting force to film thinning
2010.03.10.
8. előadás
16
Hab stabilitás, gátlás, törés A folyadék habok stabilitását 3 fő folyamat szabja meg: Oldószer kiáramlás Durvulás: a gáz diffundál a buborékok között a nyomás különbség miatt, egyes buborékok nőnek mások eltűnnek. Az eredmény nő az átlag méret. Film szakadás: ha a film túl vékony akkor gyenge és elszakad. pl,. Rövid láncú savak illetve alkoholokból gyenge film képződik. Közepesen stabil, habok képződnek szappan, szintetikus mosószerek fehérjék, szaponinek stb. •Habzásgátló– a habképződés ellen adjuk, kicserélik a habképzőt, vagy szolubilizálják azt micellában, segitik a buborékok coalescenciáját. Simethicone szájon át alkalmazott habzásgátló polydimethylsiloxane és silica gel Infacol, Mylicon stb. Felnőtt, csecsemő. •Habtörés – mechanikai hatás, lökés hullám, nyomó hullám, ultrahang, centrifuga, melegítés, elektromos szikra stb. •Habtörő anyagok – a meglévő habhoz adjuk kis cseppek alakjában amely bemegy a lamellák közé elvékonyítja és megtöri. http://www.tcd.ie/Physics/Foams/drainage.php 2010.03.10.
8. előadás
17
Habzásgátlók Levegı, Laplace-nyomás
L
(a) habzásgátló csepp. (b) A felületre ér (c ) szakad a fal.
Habzásgátló jelenlétében az egyik felszín elveszti a töltését, megszőnik az elektrosztatikus taszítás
2010.03.10.
•”Antifoam” – a cseppek belépnek a lamellák közé elvékonyítják
8. előadás
18
Adszorpció destabilizálás
2010.03.10.
8. előadás
19
Élelmiszerek
2010.03.10.
8. előadás
20
Élelmiszer 2
2010.03.10.
8. előadás
21
Különleges habok
2010.03.10.
8. előadás
22
Emulziók, terminológia Az emulziókban a diszpergált folyadék részben vagy egyáltalán nem oldódik a közegben. 1 fázis
2 fázis
csepp
szérum
diszpergált
közeg
belsı
külsı
nem folytonos
folytonos rész
cseppméret: 0.1-10 µm
poliéderes cellák 2010.03.10.
O/W (olaj vízben), O/W (víz olajban ) emulziók és kettıs folytonosságú ún. bikontinusz emulziók, valamint összetett emulziók 8. előadás
23
Emulzió típusai: o/w vagy w/o • A típus meghatározása: 1. Többnyire az O/W emulzió krémesebb és a W/O zsírosabb tapintású 2. Az emulzió a közegével könnyen hígítható 3. Az emulzió a közegben oldódó festékkel színezhetı 4. O/W-nak általában sokkal nagyobb az elektromos vezetıképessége mint a W/O emulziónak Nem feltétlenül az a közeg amelyik nagyobb térfogatú! 74 tf% felett vagy fázis inverzió vagy a cseppek alakja változik gömbről poliéderre.
2010.03.10.
8. előadás
24
Készítése
2010.03.10.
8. előadás
25
Stabilizálása
2010.03.10.
8. előadás
26
Emulzió jellege
2010.03.10.
8. előadás
27
HLB Skála
1 Griffin: HLB = 20 * Mh / M
20
Mh, M a hidrofil rész illetve az egész molekula tömege (Mh+Ml)
Davies: HLB = 7 + m * Hh - n * Hl
HLB érték additiv: egy keverék HLB értéke az egyedi értékek tömeg súlyozott átlaga
Példák:
m, Hh a hidrofil csoportok száma illetve a hidrofilitás értéke, n, Hl a liofil csoportok száma illetve a liofilitás értéke
50 % Span 60 (HLB = 4.7) és 50 % Tween 60 (HLB = 14.9)? 4.7 x 0.5 + 14.9 x 0.5 = 9.8
Milyen arányban kell alkalmazni a Span 80 (HLB = 4.3) és Tween 80 (HLB = 15.0) tenzideket , hogy a “kivánt” HLB 12.0 legyen? (4.3*(1-x) + 15*x = 12; 28% & 72%) Griffin WC: "Classification of Surface-Active Agents by 'HLB,'" Journal of the Society of Cosmetic Chemists 1 (1949): 311 Griffin WC: "Calculation of HLB Values of Non-Ionic Surfactants," Journal of the Society of Cosmetic Chemists 5 (1954): 259 Davies JT: "A quantitative kinetic theory of emulsion type, I. Physical chemistry of the emulsifying agent," Gas/Liquid and Liquid/Liquid Interface. Proceedings of the International Congress of Surface Activity (1957): 426-438
http://www.snowdriftfarm.com/what_is_hlb.html hasznos tanacsok! 2010.03.10.
8. előadás
28
HLB értékek
2010.03.10.
8. előadás
29
HLB Számos emulgeálószer amfifil jellegét ki lehet fejezni a HLB empirikus skála értékkel (fıleg a nemionos tenzidekre alkalmas) HLB=7+ hidrofil csoportok – lipofil csoportok Alkalmazás
Diszpergálhatóság vízben
3-6 W/O emulgeáló szer
nem
7-9 wetting agents
3-6 gyengén
8-15 O/W emulgeáló szer diszperzió
6-8 nem stabil tejszerő
13-15 mosószer
8-10 stabil tejszerő diszperzió
15-18 szolubilizálószer oldat
10-13 átlátszó diszperzió vagy 13- víztiszta oldat
HLB arányos az víz / oktanol oldhatóság aránnyal 2010.03.10.
8. előadás
30
HLB
2010.03.10.
8. előadás
31
Inverzió
2010.03.10.
8. előadás
32
Emulsion Inversion Ahogyan az olajfázis koncentrációja nı (A) a cseppek közel kerülnek, átfordulnak (B).
A vaj készítése
A tej egy híg (4%), nem túl stabilis olaj a vízben emulzió • Fölözıdés, keletkezik egy 30-40 %-os, o/w emulzió. • hidegen való „köpüléssel”, 13 – 18 C, invertálják W/O emulziót készítenek 85%-os zsírtartalommal, az „író” elkülönül. Élelmiszerek, növényvédőszerek, kozmetikumok,impregnálószerek, fúróolaj stb. 2010.03.10. 8. előadás
33
Porral stabilizált emulziók
2010.03.10.
8. előadás
34
Multiple phase emulsions – drops in drops in drops
http://www.rsc.org/delivery/_ArticleLinking/DisplayArticleForFree.cfm?doi=b501972a&JournalCode=SM
gyóygszerszállítás 2010.03.10.
8. előadás
35
Az emulziók megszőnése
A felületaktív anyag „alakja „ megszabja a micella alakját 2010.03.10.
8. előadás
36
