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微乳液 指導老師：吳文海教授 學 生：蕭詠方 報告日期：2009/11/30 1 報告內容 前言 何謂界面活性劑? 微胞的形成 微乳液 微乳液的結構 微乳液的多相平衡 微乳液的動態行為 微乳液的應用 結論 參考文獻 2 前言 在日常生活中，我們常觀察到當油與水加在一 起，會呈現油(上)水(下)兩相分離的現象。若 加入適當的界面活性劑於系統中，則會發現油 水界面消失，而形成澄清透明的均勻溶液，這 就是微乳液(Microemulsion) 微乳液是由水、油、和界面活性劑等至少三成 份混合所形成的系統，宏觀上呈均勻相。 3 何謂界面活性劑? 具有疏水基(hydrophobicgroup)及親水基(hydrophilic group) 界面張力之降低性。 界面之吸附性。 吸附膜的形成及具方向性的排列。 微胞 ( micell ) 的形成。 親水基 (極性基) 疏水基 (非極性基) 4 微胞的形成 界面活性劑隨著濃度增加漸漸的會產生規則性 的聚集結構，此時會造成溶液一些物理性質的 明顯變化。一但界面吸附達超額濃度時，即使 再增加界面活性劑分子的量，界面的吸附量與 溶液仍維持平衡，若持續增加界面活性劑的量， 而溶液中的界面活性劑分子會互相吸引使分子 聚集在一起，形成微胞(micelle)，穩定地分散 在溶液中。 5 微胞結構：（a）球形結構；（b）雙層球形結構；（c）及（d）為柱狀和層狀結構， 通常在高濃度界面活性劑溶液發生。 6 微胞為聚集數個至數百個分子所形成的小粒子，在水中時， 界面活性劑分子以疏水基向內，親水基向外聚集成微胞， 而在油溶液中時其排列方式則恰好相反，稱為逆向微胞 (reverse micelle)。 逆微胞 若在含逆微胞的非極性油相中加入少量的水，會形成油相 在上而水相在下的相分離狀態。 7 微乳液 當水、油、與界面活性劑混合時，形成油(水)滴分散在水 (油)相的狀態，通稱為『乳液』 乳液依其液滴大小 巨乳液 迷你乳液 微乳液 在油-水共存的系統中加入大量的界面活性劑，使得 乳液系統之油水界面張力呈現接近於零，由於微小液 滴對光的散射能力差，故微乳液外觀呈現透明或半透 明。 8 微乳液的結構 油滴分散於連續水相中的『水包油相』 (O/W) 若在含微胞的水溶液中加入少許的油，油與水也會因極 性不同而偏好進入由界面活性劑所形成的微胞中，使微 胞的半徑變大而形成液滴，稱為水包油的微乳液(O/W microemulsion) 。 圖：油滴分散在水中的微乳液 9 水滴分散於連續油相中的『油包水相』(W/O) 界面活性劑加入油中會形成逆微胞，若再加入少許的水， 水與油會因極性不同而進入逆微胞中，使逆微胞的半徑 變大而形成液滴，稱為油包水的微乳液(W/O microemulsion)。 圖：水滴分散在油中的微乳液 10 微乳液的多相平衡 溫瑟（Winsor）將微乳液系統區分為Winsor Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、 Ⅳ等四種基本型態 圖：四種Winsor 類型微乳液。WinsorⅠ型含O/W型微乳液及過量的油；WinsorⅡ型含W/O 型微 乳液及過量的水；WinsorⅢ型含微乳液及過量的水和油；WinsorⅣ僅含一微乳液相。 11 微乳液的動態行為 在W/O 微乳液中，油相中分散著許多奈米大小 的水滴。這些微水滴會因布朗運動(Brownian motion)而不斷地相互遭遇產生碰撞。液滴間的 相互碰撞可使原本包覆在液滴外圍的界面活性 劑層產生融合而成為一個暫時性的較大液滴， 隨後又會因不穩定再分離成為兩個液滴。在此 暫時性融合的液滴內，離子或溶質可發生相互 交換或反應的情況。 12 微乳液的應用 原油開採 利用油井中的天然氣將原油壓出。 當壓力不夠時，可將水泵入油井中將原油擠出。 在油井中加入一些界面活性劑的水溶液，與原 油混合而形成微乳液。藉著原油的黏度及界面 張力的降低，原油可較順利開採。 13 工業清潔劑 微乳液系統中相當低的界面張力，可以降低毛 細作用力，使得固體表面上的污染物失去吸附 的力量而達到清潔的效果。 應用微乳液系統進行清洗的最大優點是可以很 容易地將親水性及親油性物質，同時溶解於溶 液中。 14 化妝品與製藥 化妝品：油水混合的乳液可同時有效地供給皮膚必要的 油性與水性成份，保持皮膚的柔軟性和溼潤性。 製藥業：乳液技術也可提供較佳的穩定性。 微乳液形成後其外觀清晰透明，因此容易觀察混合是否 均勻、有無沈澱產生。 若採用微乳液當成溶媒不會引起任何的脂肪栓塞與免疫 反應。 相對於傳統的乳液化妝品，微乳液化妝品具有較高的擴 散能力，在皮膚上的滲透速率也較佳。 15 燃料 傳統的碳氫類燃料油可經原油精煉而得，但為降低原油 的消耗，常在燃料油中加入一些便宜的醇類如甲醇和乙 醇等。這些添加的醇類並不會影響燃燒效率。但燃料若 在汽缸或引擎內燃燒後會殘留少量的水，則會產生相分 離的問題。此時若再注入燃油其燃燒效率會減低。 在燃料油中加入一些界面活性劑，使燃料油與添加的醇 類形成穩定的W/O 微乳液，則可避免燃燒後的相分離問 題。 燃料油形成微乳液的主要優點為由於含水的關係，燃料 燃燒過程中可減少導致空氣污染的NOx 產生。但是若含 水量過多，則會影響燃料燃燒的效率。 16 結論 微乳液是由油、水、界面活性劑所構成的混合物系統，其 液滴粒徑範圍約10∼100 nm，屬於熱力學上穩定態。 由於微乳液具有熱力學穩定性，且具有多種的微結構，因 此在工業上的應用十分廣泛。 原油開採，使原油更能順利開採 工業清潔劑，使得固體表面上的污染物失去吸附的力量 而達到清潔的效果。 化妝品與製藥 燃料，形成穩定的W/O 微乳液，則可避免燃燒後的相分 離問題，且能減少燃燒時造成的空氣汙染。 17 參考文獻 國立中央大學,化學工程研究所,碩士論文,W/O 型微乳液液 滴之電荷分佈量測,連大成 國立中央大學,化學工程與材料工程系,淺談微乳液,曹恒光 連大成 18 謝 謝 各 位 聆 聽 19