Emulsionen

• Praxisorientiert: Experimentelle Techniken zur Messung der Grenzflächenspannung und Methoden zur Verringerung, Beseitigung der Koaleszenz.
• Industrielle Anwendungen von Emulsionen in der Pharmazie, Kosmetik, Agrochemie, Farben- und Ölindustrie.

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Eine allgemeine Einführung, die die industrielle Rolle von Emulgatoren behandelt und verschiedene Probleme, wie Sedimentation, Ausflockung, Ostwald-Reifung, Koaleszenz und Phasenumkehr anspricht. Thermodynamik, Adsorption und Wechselwirkungskräfte zwischen Emulsionströpfchen werden ausführlich erläutert.

Praxisnah und anschaulich hilft es bei der Charakterisierung und Auswahl des richtigen Emulgators für verschiedene industrielle Anwendungen.

Kapitel 1 Allgemeine Einführung
Definition von Emulsionen und die Rolle des Emulgators. Klassifizierung aufgrund der Art des Emulgators. Klassifizierung auf der Grundlage der Struktur des Systems. Allgemeine Instabilitätsprobleme bei Emulsionen: Kremierung/Sedimentation, Ausflockung, Ostwald-Reifung, Koaleszenz und Phasenumkehr. Bedeutung von Emulsionen in verschiedenen industriellen Anwendungen.

Kapitel 2 Thermodynamik der Emulsionsbildung und -zersetzung
Anwendung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik auf die Emulsionsbildung: Gleichgewicht von Energie und Entropie und nicht-spontane Bildung von Emulsionen. Zersetzung der Emulsion durch Ausflockung und Koaleszenz in Abwesenheit eines Emulgators. Die Rolle des Emulgators bei der Verhinderung von Ausflockung und Koaleszenz durch die Schaffung einer Energiebarriere, die sich aus den Abstoßungsenergien zwischen den Tröpfchen ergibt.

Kapitel 3 Wechselwirkungskräfte zwischen Emulsionströpfchen
Van-der-Waals-Anziehung und ihre Abhängigkeit von der Tröpfchengröße, der Hamaker-Konstante und dem Abstand zwischen den Tröpfchen. Elektrostatische Abstoßung aufgrund des Vorhandenseins elektrischer Doppelschichten und ihre Abhängigkeit vom Oberflächenpotential (oder Zeta-Potential) und der Konzentration und Wertigkeit des Elektrolyten. Kombination der van-der-Waals-Anziehung mit der Doppelschichtabstoßung und der Theorie der Kolloidstabilität. Sterische Abstoßung aufgrund der Anwesenheit adsorbierter nichtionischer Tenside und Polymere. Kombination der van-der-Waals-Attraktion mit der sterischen Abstoßung und die Theorie der sterischen Stabilisierung.

Kapitel 4 Adsorption von Tensiden an der Öl/Wasser-Grenzfläche
Thermodynamische Analyse der Adsorption von Tensiden und die Gibbs'sche Adsorptionsisotherme. Berechnung der Menge der Tensidadsorption und der Fläche pro Tensidmolekül an der Grenzfläche. Experimentelle Techniken zur Messung der Grenzflächenspannung.

Kapitel 5 Mechanismus der Emulgierung und die Rolle des Emulgators
Beschreibung der Faktoren, die für die Verformung der Tröpfchen und ihr Auseinanderbrechen verantwortlich sind. Rolle des Tensids bei der Verhinderung der Koaleszenz während der Emulgierung. Definition der Gibbs'schen Dilatationselastizität und des Marangoni-Effekts bei der Verhinderung der Koaleszenz.

Kapitel 6 Methoden der Emulgierung
Rohrströmung, statische Mischer und Hochgeschwindigkeitsrührer (Rotor-Stator-Mischer). Laminare und turbulente Strömung. Emulgieren mit Membranen. Hochdruckhomogenisatoren und Ultraschallverfahren.

Kapitel 7 Auswahl der Emulgatoren
Das Hydrophil-Lipophil-Gleichgewicht (HLB) und seine Anwendung bei der Auswahl von Tensiden. Berechnung der HLB-Zahlen und die Auswirkungen der Art der Ölphase. Die Methode der Phaseninversionstemperatur (PIT) zur Auswahl von Emulgatoren. Die Methode des Kohäsionsenergieverhältnisses für die Emulgatorauswahl.

Kapitel 8 Aufrahmung/Sedimentation von Emulsionen und ihre Verhinderung
Triebkraft für die Cremation/Sedimentation: Einfluss der Schwerkraft, der Tröpfchengröße und des Dichteunterschieds zwischen Öl und kontinuierlicher Phase. Berechnung der Cremierungs-/Sedimentierungsrate in verdünnten Emulsionen. Einfluss der Erhöhung des Volumenanteils der dispersen Phase auf die Kremierungs-/Sedimentationsrate. Verminderung der Kremierung/Sedimentation: Gleichgewicht der Dichte der beiden Phasen, Verringerung der Tröpfchengröße und Wirkung der Zugabe von "Verdickungsmitteln".

Kapitel 9 Ausflockung von Emulsionen und ihre Verhinderung
Faktoren, die die Ausflockung beeinflussen. Berechnung der schnellen und langsamen Ausflockungsrate. Definition des Stabilitätsverhältnisses und seine Abhängigkeit von der Elektrolytkonzentration und der Wertigkeit. Definition der kritischen Koagulationskonzentration und ihre Abhängigkeit von der Elektrolytauflösung. Verringerung der Ausflockung durch Verstärkung der Abstoßungskräfte.

Kapitel 10 Ostwald-Reifung und ihre Verringerung
Faktoren, die für die Ostwald-Reifung verantwortlich sind: Unterschiedliche Löslichkeit zwischen kleinen und großen Tropfen und die Kelvin-Gleichung. Berechnung der Rate der Ostwald-Reifung. Verringerung der Ostwald-Reifung durch Zugabe einer kleinen Menge hochunlöslichen Öls. Verringerung der Ostwald-Reifung durch die Verwendung von stark adsorbierten polymeren Tensiden und Erhöhung der Gibbs-Elastizität.

Kapitel 11 Emulsionskoaleszenz und ihre Verhinderung
Verdünnung und Unterbrechung des Flüssigkeitsfilms zwischen den Tröpfchen. Das Konzept des Trennungsdrucks zur Verhinderung der Koaleszenz. Methoden zur Verringerung oder Beseitigung der Koaleszenz: Verwendung von gemischten Tensidfilmen, Verwendung von lamellaren flüssigkristallinen Phasen und Verwendung von polymeren Tensiden.

Kapitel 12 Phaseninversion und ihre Verhinderung
Unterscheidung zwischen katastrophaler und transienter Phaseninversion. Einfluss des dispersen Volumenanteils und der HLB-Zahl des Tensids. Erläuterung der für die Phaseninversion verantwortlichen Faktoren.

Kapitel 13 Charakterisierung von Emulsionen
Messung der Tröpfchengrößenverteilung : Optische Mikroskopie und Bildanalyse. Phasenkontrast- und PolarisationsmikroskopieBeugungsmethoden. Konfokale Lasermikroskopie. Rückstreuungsmethoden

Kapitel 14 Industrielle Anwendung von Emulsionen
14.1 Anwendung in der Pharmazie
14.2 Anwendung in der Kosmetik
14.3 Anwendung in der Agrochemie
14.4 Anwendung in der Farbenindustrie
14.5 Anwendung in der Ölindustrie