乳化液的粒子分散及电荷试验

在设计一个处理破乳剂液体系之前，我们有必要知道一些关于这个体系的事实。首先，应当确定系统变化的程度，这是一个连续不断的问题。还是一个仅仅在于设备清洗完时的一个改变?如果清理在晚上进行，是倾倒水还是其它液体的大容积呢?是酸或碱液以任意间隔加入吗?在一个相当长的时期里，取出典型的试样，确定能被期望的那样的变化的程度，温度的变化是从白天到晚上呢，还是从冬天到夏天呢?

乳状液粒子大小分布

我们知道，乳状液中极细的粒子会慢慢沉淀下来，这对确定体系粒子大小的分布是有用的。因为，在通常情况下，粒子大小分布是不容易确定的。如果，聚结发生了，当你测量它的时候，分布就可以改变。有许多方法可以确定粒子大小。首先，体系的外表将提供一些线索。如果液滴大小超过200μm，单个的液滴是可见的；粒子大小介于10-100μm之间，将使乳状液显现乳白色；从10-1μm显现蓝白色，从1-0.5μm显现烟灰色，再低，体系将是透明的。颜色是一般微粒大小的指示，但它不能真正地区分粒子大小的分布。详述粒子大小的分布方法以3个原则为基础。一个方法，使用显微镜在每一个大小范围记录液滴数目。另一个方法，应用沉淀物的速度与粒子大小的关系。第三个方法，以不用大小的液滴在不同方向发散光的事实为基础。
最古老的方法是以视觉观察为基础。乳状液试样放在显微镜下，或者每一大小范围的液滴数被直接计算，在初次试验中，或者给试样显微照相，然后再印刷放大。每一液滴的大小展现在印刷体里，是被估计和记录过的。这是一个消耗时间和冗长乏味的过程。一些精制的方案和装置使得事情变得容易和迅速。
从散射数据可以得到一些粒子大小分布的印象。发散光线的角度和强度可反映粒子大小和形状。利用乳状液两相折射指数和光的波长也可测定粒子大小和尺寸。能够使用单色光确定折射指数。在单色散体系中，我们能够得到粒子大小，假设液滴是球形的，在真实的乳状液中物质粒子大小的分布比较复杂，使测量强度与反射角画图不一致。对一个单个大小的液滴，曲线显示了一系列最大和最小点，从这些数据。大小可以被计算出来，每一液滴的大小都有它自己的曲线，在具有大小分布的乳状液里，所有这些曲线都是重叠的，这些方法的细节在一些文献中已有报道。
另一种确定粒子大小分布的方法是使用沉淀(作用)数据。我们先前已经陈述了stokes'定律，它也可以表达为：D=k(h/t)1/2，这里k=(18n/Gd1d2)1/2。因此，直径为D的粒子将在一定时间t内通过一段距离h。如果我们有悬浮的液滴，它们将是稳定的，在时间t后，所有的粒子比直径D大，将从悬浮物表面下降一个距离h。如果我们从表面测量在一定时间和距离内悬浮物质的量，我们就能计算大小分布，测量悬浮物质的量可能是一个问题，一方面，在测试房间内一个金属盘旋挂在灵敏度高的天平的一臂上，当液滴落在盘上，增加的质量可以测到，另一方面，小试样从不同深度在测量间歇中被取出，对悬浮物质直接分析，悬浮物质量的测量也能够通过确定混合物的密度获得。
有一种称作“Sedigraph”的仪器，它能得到固体颗粒的粒子大小。而且这种颗粒又被用于对乳状液的测定的许多例子中，用校准x光线光束的办法，仪器可以确定粒子大小。这些粒子是随着时间的推移降低沉积速度的，这些仪器并不是为了用于乳状液而最终设计的，但它已经试着用于O/W和W/O乳状液，在乳状液应用中，乳状液应该是稳定的，不易聚合。为了便于观察，在试验中，对乳状液稀释要小心，不能导致不稳定性产生。
另一种仪器是“Coulter counter”，它用于获得乳状液粒子大小分布数据。

乳状液的分散历程

一旦得到粒子大小分布，如何应用?我们想避免产生和破坏乳状液。如大小分布随时间变化，则乳状液可能被破坏。如当时
乳状液进行某种处理，它的大小分布变化则给出了设计过程的线索。
考虑到一种液体能被分散于另一种液体中，这包含着什么样的过程呢?液体的一部分几乎无滞流地流入另一种液体。它可以剧烈地流入。蒸汽可以被引入液体再液化，一种液体在另一种液体中的溶解能力会改变。搅动接触的两种液体，或是液体受其它的剪应力都会引起沉淀的发生。
讨论分散机理细节前，有必要回顾一下实验粒子大小分布不同的方法。不许运用哪种方法。最后得到的是一系列粒子大小范围的数目。常用测定这些数据的方法，是作一张半径--粒子坐标图。横坐标通常为半径。但也有直径对质量百分比图(或体积百分比)，这有其特别用途。必须注意分清不同方法的不同意义，对于组成为10-l00μm液滴体系，每个直径为10、20、 30、40、50、60、70、80、90和100μm，这个图形看上去与图5(a)外形相似。如我们画的体积百分比-直径图，外形如图5(b)，如为累积的体积百分比-直径图。则像图5(c)。这些数据列于表2中，这是一种不通常的分布。但可得出一点，粒子直径平均为55μm，没有平均大小粒子。
所有在15μm内的粒子仅占30%，其为总体积的24%。另一方面除去30%的最大粒子将除去总体积的74%。但同时，除去30%最
小的粒子只能占略多于1%的总体积。
现在我们应看到一些机理，一种液体分散到另一种液体中。这些过程能产生哪种粒子的分布。对于第一个问题，一般认为是一种液体液滴总悬浮于另一种液体中。假设系统是不变重力和完全静止的。液滴假设为球形之间，如果当液滴为扁长(香肠状或胶囊状)形时半径的大小，液滴将被割断(在脖子处)形成为两个小的液滴，这个过程被画于图6(a，b，d-f)中。典型的此过程将导致两个各为原体积一般的小液滴的产生，如过程中总具有更多的功能，液滴将破碎成几个点滴。
如液滴有足够的能量以克服在扁球形时的表面束缚力会向球形转变。然后破碎成几个液滴。此过程被描述在图6(c,g-i)中，在各种情况下大量的较小的卫星式液滴形成。
如一种液体部分注入另一液体，不能混合的液体几乎没有任何湍流出现，将形成圆筒形。圆筒形液滴不稳定，分裂为几个湍流，则分裂较快。新形成的液滴可相互碰撞，这样形成更多的小液滴，它们中的一些会再凝聚，在这些情况下，如液体以钢板、刀片或小刀刀锋一样以类似切割的形式冲撞表面，冲成扁球体，大量的小液滴会形成。

实际上这几种过程会同时存在。粒子分散过程的细节也受每相黏滞度、系统剪切力、界面能量和液态粒子或溶解物质的影响。
这些分散过程中的每一种都趋向于产生典型的粒子大小分布。慢慢将油滴漏入具有较小剪切力的水溶液系统中将导致大点滴的产生。
黏性分散相倾向于产生大的液滴。从尖端分离开的液滴趋于几乎相同的尺寸，并产生小液滴。由于剪切力的存在而产生较小的液滴并加宽起分布。所用剪切力越大转变成较小尺寸粒子的分布越多，但只能达到某一点，在亚微粒子范围中粒子尺寸的产生。需要特殊的条件。由自乳化作用。冷凝技术和高剪切力超声波搅拌都可能获得亚微粒子。这就意味着如果想试着进行破乳作用问题的研究，则可能推断出产生这个问题的方法。如果粒子尺寸小于10μm并分布很窄，则可能猜想乳化剂存在于内相中，如果分布是宽的并有许多大尺寸液滴，通过激烈的搅拌就会很容易地解决这种稳定作用的乳状液，多模式分布可推断出有几个原因产生。粒子大小分布随时间的变化指出这个体系固有稳定性。

颗粒电荷试验

测得乳状液的另一个特性是粒子电荷，液滴可有几种方式获取电荷。如果有离.5乳化剂存在，则乳化剂吸附在粒子上并分布其电荷。如外相是绝缘的则液滴可获得静电荷。由于外部磁场或电场而在液滴上获得电荷。对于水包油型乳状液粒子上的电荷是确定乳化剂类型的非常好的线索。我们以前提到过粒子电荷测验者验证乳状液类型的方法。这种方法在沥青铺路工业得到发展。最初，大部分沥青乳状液用阴离子乳化剂如油酸铵、油酸钠制备。这些乳化剂把负电荷分布到沥青粒子上，最近时期阳离子乳化剂逐渐应用，在乳状液中沉浸两个电极并用低电压直流电通过乳状液使液滴吸到阴极或阳极。这样可测到粒子电荷。当然，粒子电荷能提供所涉及的乳化剂稳定剂的线索，粒子电荷测试的用途限制在外相导电的乳状液。