Классификация эмульгаторов. Гидрофильно-липофильный баланс эмульгаторов

Министерство образования  и науки Украины

ГВУЗ  УГХТУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

на тему: Классификация  эмульгаторов. Гидрофильно-липофильный  баланс эмульгаторов. Методы определения  гидрофильно-липофильного баланса. Химическая, физическая и микробиологическая стабильность эмульсий. Механизм стабилизации масляных растворов

 

 

 

 

 

 

 

          Выполнила:

ст. гр. 4-Ф-96

Ефанова М.В.

Проверил:

Якименко И.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Днепропетровск

2013

Содержание

 

Введение 

1. Классификация эмульгаторов
2. Гидрофильно-липофильный баланс эмульгаторов
3. Методы определения ГЛБ
4. Химическая, физическая и микробиологическая стабильность эмульсий
5. Механизм стабилизации масляных растворов

Вывод

Литература 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Эмульгаторы (от лат. Emulgeo - дою, выдаиваю) — вещества, обеспечивающие создание эмульсий из несмешивающихся жидкостей.

Эмульсия (новолат. emulsio; от лат. emulgeo — дою, выдаиваю) — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Эмульсии могут быть образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями; в большинстве случаев  одной из фаз эмульсий является вода, а другой -вещество, состоящее из слабополярных молекул (например, жидкие углеводороды, жиры). Например, молоко — одна из первых изученных эмульсий: в нём капли молочного жира распределены в водной среде.

Если взять примерно одинаковое количество масла и воды и механическим путем, например, при  перемешивании, приготовить эмульсию, то после этого произойдет быстрое  расслоение. Мелкие капли эмульгированной  жидкости будут сливаться в более крупные - т.е. система стремится уменьшить свободную энергию за счет уменьшения поверхности раздела фаз. Еще в 1898 г. Доннан указал, что устойчивость эмульсий должна зависеть от величины межфазного натяжения.

Эмульсии относятся обычно к грубодисперсным системам, поскольку капельки дисперсной фазы имеют размеры от 1 до 50 мкм. Эмульсии низкой концентрации — неструктурированные жидкости. Высококонцентрированные эмульсии — структурированные системы.

Тип эмульсии зависит  от состава и соотношения ее жидких фаз, от количества и химической природы эмульгатора, от способа эмульгирования и некоторых других факторов:

- прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде», м/в);

- обратные, или инвертные (типа «вода в масле», в/м).

Для эмульсий типа м/в  хорошими эмульгаторами могут служить растворимые в воде мыла (натриевые и калиевые соли жирных кислот). Молекулы этих соединений, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, не только снижают поверхностное натяжение на ней, но благодаря закономерной ориентации в поверхностном слое создают в нем пленку, обладающую механической прочностью и защищающей эмульсию от разрушения.

Для эмульсии типа в/м  хорошими эмульгаторами могут быть нерастворимые в воде мыла (кальциевые, магниевые и алюминиевые соли жирных кислот).

Изменение состава эмульсий или внешнее воздействие могут  привести к превращению прямой эмульсии в обратную или наоборот.

Эмульсии широко используют в различных отраслях промышленности:

- пищевая промышленность (сливочное масло, маргарин);

- мыловарение;

- переработка натурального каучука;

- строительная промышленность (битумные материалы, пропиточные композиции);

- автомобильная промышленность (получение смазочно-охлаждающих  жидкостей);

- сельское хозяйство  (пестицидные препараты);

- медицина (производство  лекарственных и косметических средств);

- живопись. [1]

Вследствие наличия  избыточного запаса свободной поверхностной  энергии на границе раздела фаз  эмульсии представляют собой термодинамически неустойчивые системы. Концентрированные  эмульсии из двух чистых жидкостей расслаиваются вскоре после прекращения взбалтывания в результате происходящей коалесценции (слияния) капелек. Поэтому для получения устойчивой концентрированной эмульсии необходимо добавление специального эмульгатора, который препятствовал бы слиянию капель диспергированной жидкости. Эмульгаторы, адсорбируясь на границе фаз, понижают поверхностное натяжение, а главное, обволакивая капельки диспергируемого вещества, образуют защитную пленку. Последняя, обладая известной механической прочностью, препятствует образованию крупных частиц и слиянию капелек в сплошной слой и сообщает эмульсии устойчивость.

Разбавленные эмульсии из двух чистых жидкостей характеризуются  несколько большей устойчивостью. Добавление стабилизатора при их получении требуется не во всех случаях и в меньшем количестве по сравнению с концентрированными эмульсиями. Сильно разбавленные эмульсии (при концентрации дисперсной фазы до 0,1 %), в которых вероятность столкновения капелек дисперсной фазы невелика, обычно устойчивы и без стабилизатора. 

Вещества, служащие эмульгаторами, как правило, являются органическими  соединениями сравнительно большого молекулярного  веса. Это преимущественно растворимые  поверхностноактивные вещества, обладающие свойством понижать поверхностное натяжение на границе обеих фаз эмульсии.

В настоящее время  известно много разных эмульгаторов. К ним относятся как естественные, так и синтетические вещества, весьма различные по своему химическому  составу и свойствам.

Молекулы эмульгатора  имеют дифильную химическую структуру. Одна часть молекулы имеет гидрофильные полярные группы (ОН), а другая – неполярные длинноцепочечные липофильные радикалы (углеводородная цепь, например, Cn-Hm). В зависимости от преобладания в молекуле той или иной ее части, вещество будет растворяться в полярном (вода) или неполярном (масло) растворителе. В общем случае межфазный слой состоит из одного ряда молекул, обращенных своей полярной частью к воде, неполярной же — к маслу. 

 

Классификация эмульгаторов

 

Эмульгаторы могут быть:

- грубодисперсные, взвешенные  в жидкости порошки;

- растворимые поверхностноактивные  вещества.

В аптечной практике для  получения эмульсий применяют преимущественно  поверхностноактивные эмульгаторы.

Эмульгаторы разделяют по:

- структуре и свойствам  молекул;

- типу образуемых эмульсий;

- механизму действия;

- медицинскому назначению.

В соответствии со свойствами и особенностями строения молекул эмульгаторы подразделяют на четыре группы: 

- анионактивные (гидрофильная часть молекулы в растворе несет отрицательный заряд);

- катионактивные (гидрофильная часть молекулы в растворе несет положительный заряд);

- неионогенные (вообще не ионизируют в растворах);

- амфотерные (заряд изменяется с изменением рН раствора).

Ионогенные эмульгаторы представляют собой анионные или катионные ПАВ. Первые, диссоциируя в воде, образуют отрицательно заряженные, вторые - положительно заряженные ионы. Типичные эмульгаторы этих групп – мыла (анионные ПАВ) и четырехзамещенные основания (катионные ПАВ).

К анионактивным относят химические соединения с анионом в виде радикала с длинной алкильной цепью, обусловливающим поверхностную активность соединения. Примерами таких поверхностно-активных веществ являются обычные мыла, сульфированные спирты, натрия лаурилсульфат, эмульгатор №1. 

К катионактивным поверхностно-активным веществам причисляют соли четвертичных аммониевых оснований, алкиламинов, циклических аминов и т.д. Поверхностная активность соединений этой подгруппа обусловлена наличием катионов. Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они могут взаимодействовать химически с поверхностью адсорбента, например с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие.

Неионогенные ПАВ – вещества, молекулы которых неспособны к диссоциации. Их дифильные молекулы в качестве полярных групп, обусловливающих их растворимость, содержат обычно гидроксильные или эфирные группы.  К неионогенным поверхностно-активным веществам относят продукты конденсации окиси этилена с различными высокомолекулярными жирными кислотами и спиртами, а также эфиры сорбитана, эфиры жирных кислот и сахарозы и др. Неионогенные ПАВ хорошо совмещаются с др. ПАВ и часто включаются в рецептуры моющих средств.

Амфотерные поверхностно-активные вещества представлены главным образом производными аминокислот и аминофенолов. Поверхностная активность вещества этой группы зависит от pH, в которой они находятся: в кислой – они катионактивны, в щелочной среде – анионактивны.

Важнейшими представителями  поверхностно-активных веществ амфотерной группы являются фосфатиды растительного и животного происхождения.

Моно- и диглицериды  стеариновой кислоты – воскообразные  продукты и высоковязкие жидкости, образующие стабильные эмульсии. Жиросахара – сложные эфиры сахарозы и  одноосновных высших жирных кислот: лауриновой, олеиновой, стеариновой. Это твердые бесцветные, лишенные вкуса и запаха вещества, размягчающиеся при нагревании до 400 C и превращающиеся в легкоподвижные жидкости при температуре выше 800 С. Моноэфиры сахарозы и лауриновой, стеариновой кислот хорошо растворимы в воде; полные эфиры растворимы только в органических растворителях. Жиросахара отличаются полной физиологической индифферентностью и хорошими эмульгирующими свойствами. Твины – это слабоокрашенные жидкости различной степени вязкости, хорошо растворимы в воде, часто их называют солюбизаторы.

Свойства эмульсии зависят  от применяемых эмульгаторов. Во многих случаях не только устойчивость, но и тип эмульсии (м/в или в/м) обуславливается природой и консистенцией эмульгаторов. По типу образующихся эмульсий различают:

- липофильные эмульгаторы, для эмульсии типа м/в, как правило, лучше растворимые в воде, чем в масле.

К этой группе относятся  белки, камеди, слизи, крахмал, пектины, соли желчных кислот, сапонины, некоторые  растительные экстракты;

- олеофильные эмульгаторы, для эмульсии типа в/м, как правило лучше растворимые в масле, чем в воде.

 К ним относятся  ланолин, производные холестерина,  фитостерин, природные смолы, цетиловый  и мирициловый спирты, кальциевое, магниевое и алюминиевое мыла, окисленные растительные масла и многие другие синтетические вещества.

Эмульгаторы для эмульсий типа в/м находят применение в аптечной практике только при приготовлении лекарств для наружного применения.

По механизму действия эмульгаторы можно подразделить на:

- собственно поверхностно-активные  вещества, стабилизирующие эмульсии  главным образом за счет резкого  уменьшения поверхностного натяжения  на межфазной границе;

- гелеобразователи, стабилизирующие  эмульсии путем образования прочных  адсорбционных пленок на границе раздела фаз;

- эмульгаторы смешанного  действия.

Большинство эмульгаторов, применяемых в фармацевтической практике, относятся к последнему типу.

По медицинскому назначению эмульгаторы делятся на:

- эмульгаторы, которые  можно применять при приготовлении лекарств для внутреннего употребления;

- эмульгаторы, которые  допустимо применять только при  приготовлении лекарств для наружного  употребления и дезинфекционных  средств.

К первой группе относятся  в основном олеофильные эмульгаторы, а также щелочные мыла, соли нафтеновых кислот , агар-агар, трагакант, казеин и казеинаты, ко второй – лецитин, растительные экстракты, камеди, пектиновые вещества, целлюлозу и её производные, твины, спены, желатин и желатозу, яичный желток. [2]

 

Гидрофильно-липофильный баланс

 

Эффективность любого эмульгатора  характеризуется специальным числом - гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ). Под ГЛБ понимают соотношение  двух противоположных групп молекулы - гидрофильной и гидрофобной (липофильной).

В настоящее время  не существует теории, позволяющей  определить значение ГЛБ, исходя из строения молекулы или из физико-химических свойств вещества. В связи с  этим пользуются предложенной Гриффином (Griffin W. С, 1949) полуэмпирической системой, позволяющей количественно оценить и выразить в виде условных групповых чисел степень взаимодействия с водой отдельных групп, из которых состоит молекула ПАВ.

Числа ГЛБ различных  ПАВ вычисляются по специальным  формулам как сумма групповых  чисел или определены экспериментально. Чем больше в молекуле ПАВ превалирует гидрофильная часть над гидрофобной, иначе говоря, чем больше баланс сдвинут в сторону гидро-фильности, тем выше число ГЛБ.