Почему появляется эмульсия в двигателе и как решить проблему?

Содержание:

• Что такое эмульсия?
• Причины появления
• В чем заключается опасность?
• Диагностика
• Что нужно сделать при обнаружении эмульсии?
• Чем промыть?
• Рекомендации по предотвращению образования эмульсии конденсатного типа
• Заключение

Эксперты утверждают, что моторное масло подлежит замене при достижении 10 тыс. км пробега. Но, несмотря на это, водители сталкиваются с проблемой возникновения эмульсии на горловине для залива. По внешнему виду она похожа на белую (желтоватую), густую смесь, напоминающую майонез. Новичков такое образование подвергает в шок, и не зря. Ситуация может оказаться опасной, но чаще всего не несет в себе ужасных последствий. Чтобы не растеряться, увидев вещество, нужно знать, что делать, если появилась эмульсия в масле двигателя.

Что такое эмульсия?

Эмульсия представляет собой вещество, которое образуется под воздействием разных процессов. Дело в том, что смазочная автомобильная продукция производится из углеводородов. Когда топливо сгорает, оно выделяет различные вещества, включая влагу, кислоту и перекись. Во время работы двигателя компоненты смешиваются с моторным маслом, в результате появляется эмульсия. Ее можно обнаружить на горловине для залива, либо на щупе.

Почему эмульсия белая и «прилипает» именно к этим местам? Дело в том, что горловина и щуп — наиболее холодные области. Белый цвет вещества обуславливается наличием большого количества микроскопических пузырьков. Также это свидетельствует о сильном загрязнении масла. Необходимо сразу устранить проблему, продиагностировав силовой агрегат.

Причины появления

Многих водителей, особенно новичков, волнует наличие эмульсии в масле двигателя, причины ее появления и способы устранения. Причин, на самом деле, несколько. Нужно рассматривать каждую по отдельности.

Одной из причин является появление конденсата из воздуха. Влажность воздуха меняется от изменения температуры. Чем она больше, тем больше воды сможет раствориться в воздушном пространстве, образуя пар. Если его слишком много в момент падения температуры, воздух перестает удерживать воду в таком состоянии. Соответственно, жидкость выделяется в форме капель и попадает в масло.

Когда капли упали в масляную жидкость, они не растворяются, а смешиваются с ней. В состоянии покоя вода оседает на дне картера, но как только «движок» включается, масло начинает циркулировать. Работая, мотор позволяет воде «дробиться» на много мелких пузырьков. Они взбиваются вместе с маслом, превращаясь в пенистую эмульсию. Вещество прилипает к пробке, крышке, а иногда к масляному щупу.

Считается, что в этом случае эмульсия не несет в себе страшных последствий. Конденсата не так много, чтобы навредить работе двигателя. В любом случае, после прогрева вода преобразуется в газообразную форму и эмульсия исчезает. Заметить подобное явление можно не всегда. Но зимой, из-за перепадов низких температур, водители часто обнаруживают «майонез» на крышке. Впадать в панику не нужно, это состояние считается нормой.

Однако существует более опасный метод образования эмульсии — это попадание в масло антифризной жидкости. В этой ситуации вода смешивается с маслом в больших количествах, что чревато негативными последствиями.

«Движок» окружает со всех сторон система охлаждения. Рабочее давление в герметичной системе всегда чуть больше атмосферного. При возникновении небольших проблем антифриз попадает в картер, а затем в масло.

Причин этому несколько: пробой прокладки или трещины в металле блока двигателя и головки. Независимо от того, какая причина послужит возникновению эмульсии — вещества будет в несколько раз больше, чем при попадании конденсата.

Вообще, белая густая масса возникает во всех автомобилях. Поэтому важно знать не только, что такое эмульсия в двигателе, что делать при ее появлении тоже следует изучить. К сожалению, только малая часть автомобилистов представляют себе, что означает «майонез» на элементах двигателей авто.

В чем заключается опасность?

Как только в масло попадает «инородная» жидкость (хладагент, вода и пр.), то со временем водитель наблюдает образование эмульсии. Это приводит к тому, что масло теряет свои свойства. Зимой оно способно закристаллизоваться, что негативно скажется на состоянии двигателя. Масло не справляется со своим назначением, поэтому каждая деталь подвергается сильнейшему износу.

Если минимальный объем эмульсии не причинит машине вреда, то большое количество приведет к печальным последствиям. Небольшое количество конденсата, попавшего в масло, испарится через 30 тыс. пробега. Но если при разрушении прокладок в масло попадет охлаждающая жидкость, то проблем не избежать. Сначала на поверхности цилиндров образуются задиры. Они, в свою очередь, повредят вкладыши коленвала, заставляя «страдать» детали газораспределительного механизма.

Охлаждающая жидкость, попадая в большом объеме в цилиндр, спровоцирует гидравлический удар. Это приведет к поломке шатуна, а затем обломки поршня деформируют зеркало цилиндра и часть камеры сгорания. Силовой агрегат, подвергнутый сильному воздействию, требует капитальной замены.

Диагностика

Чтобы определить, есть ли в моторном масле антифриз, водителю нужно слить всю жидкость в отдельную емкость. Желательно заранее прогреть двигатель, чтобы масляное вещество нагрелось. Как только автовладелец сольет смесь, он сразу сможет определить присутствие в ней охлаждающей жидкости. Дело в том, что хладагент, имеющий в составе воду, накапливается на дне картера.

Загрязненное масло необходимо заменить на новое, при этом предварительно промыв систему. Сделать это нужно обязательно, поскольку после слива в системе остается грязное масло. Если оно перемешается со «свежим», то в результате масло потеряет часть своих «полезных» свойств.

Если водитель увидел, что эмульсия в двигателе скопилась на крышке горловины, значит, с целостностью прокладки ГБЦ не все в порядке. Трещины появляются после перегрева и при сильном изнашивании. На пробитие прокладки также указывает большой расход антифриза.

Иногда пробои появляются в самой ГБЦ и блоке двигателя. Этому способствует либо замерзание ОЖ, либо использование низкокачественного тосола. Предупредить проблему можно, если регулярно проводить проверку показаний датчика t ОЖ. Главное, не заливать в радиатор (или бачок) воду из-под крана. В зимнее время года она замерзнет, тем самым деформирует двигатель или образует трещины в каналах.

Если вода скопилась в картере, то ликвидировать ее можно, слив масло полностью. Желательно, промыть мотор спецжидкостью. Бывают ситуации, когда вода попадает в цилиндр, но это происходит редко. Причина тому — износ клапана двигателя.

Что нужно сделать при обнаружении эмульсии?

Выяснив, какие эмульсия в двигателе последствия несет за собой, водители начинают искать способы устранения «майонеза» с деталей.

Первое, что должен сделать владелец, так это выполнить несколько проверок. Сначала нужно прогреть двигатель до рабочей t и проехать на машине около 20 км. После этого следует повторно осмотреть крышку и контрольный щуп. Не стоит забывать, что после езды крышка и масло будут достаточно горячими. Чтобы не обжечься, следует проводить манипуляции аккуратно.

Если окажется, что эмульсия исчезла, то не стоит переживать. На автомобиле разрешено ездить дальше. После наступления холодов такое случается часто. Некоторые водители советуют пользоваться противоэмульсионными присадками. Для профилактики также можно приспособить утеплитель для «движка».

Если эмульсия не исчезла, а образовалась еще больше, значит, стоит провести проверку на предмет разгерметизации охлаждающей и масляной системы. Также рекомендуем определить количество антифриза в бачке. Если ОЖ быстро исчезает, то это может означать, что она выливается в масло. В этом случае нужно сделать диагностику, при этом временно не пользоваться автомобилем.

Чем промыть?

Если выяснилось, что эмульсия образовалась по причине попадания антифриза в масло, то стоит провести промывку двигателя. Сегодня для этих целей используют специальные средства. К ним относят добавки в отработку и промывочные масла.

Выбирая средство, водитель должен исходить из целей промывки. К примеру, если ему нужно провести процедуру перед заменой масла, то подойдет обычная жидкость-пятиминутка. Но в ситуации с эмульсией только ей не обойтись.

Промывочные масла отлично помогут промыть ДВС от белой эмульсии. Но риск забить каналы и фильтры растворенной грязью все же существует. Нужно работать с веществом аккуратно.

Существует народный способ, помогающий проделать промывку без риска для других деталей авто. Для этого необходимо смешать в пропорции 3:1 минеральное масло и солярку. Полученной смесью проделывают несколько циклов промывки на холостом ходу. Кстати, промывочным маслом достаточно провести один цикл. После этого можно заливать новое масло.

Рекомендации по предотвращению образования эмульсии конденсатного типа

Чтобы не допустить образования эмульсии конденсатного типа, необходимо следовать некоторым рекомендациям:

 Запрещено слишком долго прогревать авто после долгой стоянки. Оптимальное время работы двигателя — 5-10 минут. Стартовать сразу тоже не рекомендуется. Нужно начать езду на щадящих оборотах, иначе поднятие температуры мотора будет резким и повлечет за собой неприятные последствия.

 Желательно в зимнее время не ездить на короткие дистанции без особой необходимости. Дело в том, что двигатель не сможет хорошо прогреться, и ему будет нужно работать под нагрузкой.

 Периодически стоит ездить на большие расстояния. Даже если конденсат уже образовался, за долгую поездку он успеет «выпариться».

 В конечном счете, стоит попробовать использование эмульгаторов и утепление мотора. Возможно, эти методы покажутся эффективными.

Нужно помнить, что для избавления от эмульсии, вызванной конденсатом, промывка двигателя не проводится. Процедура необходима лишь в случае, когда в масло попадает антифриз.

Заключение

В результате всего сказанного можно сделать вывод, что эмульсия возникает на горловине для залива масла или на контрольном щупе. Это происходит по нескольким причинам. Первая причина — попадание конденсата в масло, и вторая — смешивание с маслом охлаждающей жидкости. Эмульсия конденсационного типа не несет в себе страшных последствий. Избавиться от нее можно простым методом — прогревом двигателя и ездой на большие дистанции. При попадании в масляную жидкость хладагента необходима промывка. Ее осуществляют с помощью специальных промывочных средств. Водитель может провести работу самостоятельно, либо обратиться к мастеру. При игнорировании проблемы эмульсия может спровоцировать поломку двигателя, замена которого обойдется в крупную сумму денег.

Выбрать инструктора:

• Автоинструктор Михаил

• Автоинструктор Дмитрий

• Автоинструктор Игорь

• Автоинструктор Юлия

• Автоинструктор Майя

• Автоинструктор Юрий

• Автоинструктор Виктор

• Автоинструктор Алексей

• Автоинструктор Дмитрий

• Автоинструктор Яков

Отзывы:

Все отзывы

Эмульсия в двигателе: причины, последствия, что делать?

Очень часто в осенне зимний период наши клиенты задают вопрос на который мы готовы всегда дать ответ Вопрос звучит так — «ЧТО ЭТО ТАКОЕ?» В жизни каждого автовладельца происходил такой момент, когда при проверке уровня масла или при доливке на щупе и крышке маслозаливной горловины он обнаруживал на непонятный налет желто-белого цвета или пена того же цвета. Данный налет – это эмульсия от смешивания воды с маслом. В некоторых случаях эмульсия не является чем-либо настораживающим, но в некоторых — это сигнал о серьезных проблемах с силовой установкой. Попробуем разобраться, почему пениться масло, в каких случаях следует принимать меры, причины образования эмульсии и методы определения неисправности силового агрегата.

Итак, эмульсия – это водно-масляная смесь, взбитая до пенообразного состояния узлами силового агрегата. Также эмульсия может образоваться от смешивания частиц воды с частицами масла в системе вентиляции картера.

Наличие вместо масла в системе смазки водно-масляной смеси быстро приведет к выходу из строя кривошипно—шатунного механизма, поскольку эмульсия не будет выполнять смазывающую и охлаждающую функции, а также насос не сможет обеспечивать должное давление, чтобы выполнять смазку остальных агрегатов. Но обнаружение следов этой смеси не всегда указывает на проблемы.

Причины появления

Так, наличие налета на маслозаливной горловине или в месте вывода картерных газов не является опасным. Обычно такой налет начинает образовываться при снижении внешней температуры. Из-за перепадов в температуре силовой установки (нагрев ее при работе и последующее охлаждение при простое) внутри картера образуется водный конденсат. При запуске силовой установки конденсат испаряется и начинает выходить наружу через систему вентиляции картера, которая отводит прорвавшиеся в подпоршневое пространство газы из камеры сгорания. Эти газы, отводимые системой, часто при движении захватывают частицы масла. В дальнейшем частицы масла с водяным паром смешиваются, образуя эмульсию, и оседает эта смесь на крышке заливной горловины или на выходе системы вентиляции картера.

После полного прогрева двигателя частицы воды испаряются, остается только масло, в итоге после длительной поездки смесь на крышке горловины попросту исчезает. Но при остывании мотора конденсат вновь образуется в картере и процесс повторяется заново. В таком случае смесеобразование не является опасным, поскольку в его процессе задействованы малые количества составляющих смеси.

Дополнительно появление эмульсии на крышке может указывать на некачественное масло, в котором уже есть примеси воды.

Значительно хуже, если эмульсия обнаружена на щупе. В таком случае пенится масло в двигателе в значительных количествах и это может привести к капитальному ремонту.

Появление смеси на щупе указывает на то, что в масло попадает значительное количество воды или охлаждающей жидкости. Причем попадает она в поддон, а затем уже при работе силовой установки узлы ее тщательно перемешивают масло с жидкостью.

Зачастую причиной появления водно-масляной смеси с поддоне является пробой прокладки головки блока цилиндров. Образованная при пробое трещина соединяет между собой масляный и жидкостный каналы и жидкость начинает попадать в масляный канал.

Но пробой прокладки не является самым неприятным. Попадание охлаждающей жидкости в масло может обеспечиваться и появлением трещин в самой головке или картере. В таком случае они подлежат только замене.

Способы определения причин появления смеси

Итак, обнаружена эмульсия на маслозаливной горловине. Это не повод сразу же начинать ремонт. Это может быть процесс образования смеси из-за конденсата. Но лучше удостовериться в этом. Для этого можно совершить длительную поездку на авто (50-70 км), чтобы силовая установка полностью набрала температуру, после чего снова посмотреть на крышку, если налета не видно – с авто все в порядке.

Также перед поездкой следует замерить уровень охлаждающей жидкости, а затем еще раз замерить, но уже после полного остывания силовой установки. Если замечено падение уровня, сначала следует проверить все патрубки системы на течь.

Падение уровня жидкости также может быть обеспечено пробоем прокладки ГБЦ наружу. Тогда эмульсия образовываться не будет, поскольку жидкость будет вытекать наружу.

Если все же эмульсия обнаружена на щупе, вероятность пробоя прокладки очень высока. Дополнительно проверить наличие пробоя помогут выхлопные газы. Зачастую пробой соединяет между собой не только масляный и жидкостный каналы, а еще и камеру сгорания. В таком случае охлаждающая жидкость попадает еще и в камеру, а после – в систему отвода выхлопных газов. Поэтому при заведенном двигателе нужно подойти к выхлопной трубе, на конце которой при холодном двигателе обычно имеются капли конденсата. Эти капельки можно попробовать на вкус, если они сладковаты – охлаждающая жидкость попадает в камеры сгорания.

Ну и наконец, примерное место пробоя прокладки поможет определить визуальный осмотр свечей и днищ поршней. На том цилиндре, где из-за пробоя прокладки жидкость попадает в камеру сгорания, свеча будет выглядеть, как новая, без каких-либо следов рабочего налета, днище поршня тоже будет иметь чистую поверхность.

Далее уже определить из-за чего в силовой установке стала образовываться эмульсия, поможет только разборка двигателя.

После обнаружения причины появления водно-масляной смеси в картере и устранения ее, с авто обязательно нужно слить масло с примесью воды, систему смазки промыть и залить новое масло.

Рекомендации по использованию эмульсий вода-в-масле

• Печать

Твитнуть

Корпорация Нория

Когда нефть используется в качестве основной жидкости и в нее добавляется (эмульгируется) 40-процентная вода, это описывается как эмульсия вода-в-масле. Эти типы огнестойких гидравлических жидкостей часто называют обратными эмульсиями, то есть крошечные капельки воды взвешены в масле. Этот тип жидкости обладает лучшими смазывающими свойствами, чем жидкость с вязкостью 9.5-процентная вода и 5-процентное минеральное масло с присадками, но не будут такими огнестойкими.

Поддержание содержания воды в этих жидкостях имеет решающее значение. Как правило, процентное содержание воды должно оставаться в пределах от 35 до 45 процентов, так как эти жидкости начинают терять свои огнеупорные свойства при уровне воды менее 35 процентов. Если содержание воды увеличить выше 45 процентов, противоизносные характеристики жидкости будут снижены. Поэтому крайне важно регулярно (ежедневно) контролировать процентное содержание воды в эмульсии. По возможности используйте дистиллированную или деионизированную воду, чтобы избежать попадания вредных примесей, которые могут вызвать проблемы с эмульсией.

Рабочая температура системы не должна превышать 50 градусов C (122 градуса F), чтобы уменьшить возможность испарения воды. В некоторых случаях могут потребоваться теплообменники. Температура замерзания может привести к разрушению эмульсии.

Вообще говоря, большинство инвертных эмульсий совместимы со стандартным материалом гидравлического уплотнения и содержат противоизносные присадки, а также ингибиторы коррозии и ржавчины.

Вспенивание и аэрация могут быть более серьезными проблемами для эмульсий вода-в-масле, чем для нефтяных масел. По этой причине могут потребоваться более крупные резервуары с соответствующей вентиляцией и перегородками. Выпуск обратного трубопровода должен располагаться как можно дальше от всасывающего патрубка насоса, а возвращаемая жидкость должна сбрасываться ниже самого низкого уровня жидкости, ожидаемого во время работы.

Используйте неокрашенные резервуары, так как обратные эмульсии могут оказывать растворяющее действие на краски и эмали, которыми покрыты внутренние части некоторых гидравлических резервуаров.

Эти жидкости демонстрируют временное снижение вязкости при воздействии высоких скоростей сдвига, характерных для большинства гидравлических насосов. В результате обратные эмульсии производятся с уровнем вязкости несколько выше, чем у нефтяных масел, используемых в аналогичных гидравлических устройствах.

Благодаря своему более высокому удельному весу обратные эмульсии гораздо лучше удерживают твердые частицы во взвешенном состоянии, чем нефтяное масло. Следовательно, стандартные методы фильтрации, используемые для нефтяных гидравлических масел, могут оказаться неудовлетворительными при использовании эмульсий вода-в-масле. Следует использовать абсорбирующие фильтры глубинного типа из неорганического материала или металла, а не бумажные или деревянные фильтры типа абсорбирующей поверхности. С другой стороны, не следует использовать адсорбирующие фильтры, такие как уголь или фуллерова земля.

приготовление смеси масла и воды

апрель 2014

Прочитав эту статью, вы поймете:

• основы науки об эмульсиях;
• как разработчики выбирают, какой эмульгатор использовать для конкретной эмульсии;
• , как эмульгаторы используются в пищевых продуктах, нутрицевтиках, средствах личной гигиены и ухода за домом, промышленных смазочных материалах, экологических технологиях, биотопливе и других применениях.

Несмешиваемость масла и воды породила пословицу «Масло и вода не смешиваются» и другие выражения, отражающие общую несовместимость двух сущностей, такие как «Я и мой коллега подобны маслу и воде». Тем не менее, в наших домах есть множество продуктов, в которых масло и вода смешиваются с : майонез, молоко, заправки для салатов, лосьон для рук и кондиционер для волос, и это лишь некоторые из них. Эти примеры представляют собой эмульсии, которые представляют собой стабильные смеси крошечных капелек одной несмешиваемой жидкости внутри другой, что стало возможным благодаря химическим веществам, называемым эмульгаторами.

Как работают эмульсии и эмульгаторы

Простые эмульсии представляют собой либо масло, суспендированное в водной фазе (м/в), либо воду, суспендированную в масле (м/м). Молоко является примером эмульсии масло/вода, в которой жировая фаза или сливки образуют крошечные капельки в обезжиренном молоке или водной фазе. Напротив, маргарин представляет собой эмульсию в/м, содержащую капли воды или обезжиренного молока в смеси растительных масел и жиров. В обоих случаях необходимы эмульгаторы, чтобы предотвратить слипание взвешенных капель и разрушение эмульсии.

Любой, кто готовил простую заправку для салата из масла и уксуса, знает, что при достаточном встряхивании или взбивании можно приготовить временную эмульсию. Однако в отсутствие эмульгаторов эта нестабильная эмульсия разрушается в течение нескольких минут, и масло образует слой поверх уксуса. На протяжении веков повара добавляли натуральные эмульгаторы, такие как яичный желток, горчица или мед, чтобы предотвратить это расслоение. Сегодня доступно большое разнообразие природных и синтетических эмульгаторов для различных областей применения, включая продукты питания, нутрицевтики, товары для дома и личной гигиены, биотопливо, очистку окружающей среды и промышленные смазочные материалы.

Эмульгаторы работают, образуя физические барьеры, препятствующие слипанию капель. Тип поверхностно-активного вещества (см. врезку), эмульгаторы содержат как гидрофильную (любящую воду или полярную) головную группу, так и гидрофобную (любящую масло или неполярную) хвостовую группу. Поэтому эмульгаторы привлекают как полярные, так и неполярные соединения. При добавлении к эмульсии масло/вода эмульгаторы окружают масляную каплю так, что их неполярные хвосты уходят в масло, а их полярные головные группы обращены к воде (рис. 1). Для эмульсии в/м ориентация эмульгатора обратная: неполярные хвосты направлены наружу в масляную фазу, а полярные головные группы направлены в каплю воды. Таким образом, эмульгаторы снижают поверхностное натяжение между масляной и водной фазами, стабилизируя капли и предотвращая их слипание.

Эмульгаторы могут быть катионными (положительно заряженная полярная головная группа), анионными (отрицательно заряженная головная группа) или неионогенными (незаряженная головная группа). Когда заряженные эмульгаторы покрывают капли эмульсии масло/вода, положительные или отрицательные заряды на внешней стороне капель масла электростатически отталкиваются друг от друга, помогая удерживать капли разделенными. Неионогенные эмульгаторы, как правило, имеют большие объемные головные группы, направленные в сторону от капли масла. Эти полярные группы головок сталкиваются и переплетаются с головками других капель воды, стерически препятствуя сближению капель. Тип используемого эмульгатора зависит от применения: катионные эмульгаторы обычно используются в растворах с низким или нейтральным pH, а анионные эмульгаторы — в щелочных растворах. Неионогенные эмульгаторы можно использовать отдельно или в сочетании с заряженными эмульгаторами для повышения стабильности эмульсии.

Как правильно выбрать эмульгатор

Как разработчики продуктов выбирают эмульгатор для конкретной эмульсии? Может помочь расчет гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) эмульгатора или комбинации эмульгаторов. В идеальной эмульсии эмульгатор в равной степени притягивается к водной и масляной фазам. Если весы склоняются в любом направлении, эмульгатор может потерять контакт с фазой, к которой он меньше притягивается, что приведет к разрушению эмульсии.

Различные эмульгаторы имеют разные значения ГЛБ, что позволяет предсказать их способность стабилизировать различные виды эмульсий (рис. 2). Шкала HLB варьируется от 0 до 20, где 10 соответствует эмульгатору, который в равной степени притягивает воду и масло. Эмульгаторы со значениями HLB выше 10 более гидрофильны и, следовательно, лучше стабилизируют эмульсии масло/вода. Напротив, эмульгаторы со значениями HLB менее 10 более гидрофобны и, следовательно, лучше подходят для эмульсий в/м.

Кроме того, разные масла предъявляют разные требования к ГЛБ. Например, для эмульсий растительного масла требуется эмульгатор с ГЛБ 7–8, в то время как требуемое значение ГЛБ для образования стабильной эмульсии касторового масла составляет 14. Сопоставляя значение ГЛБ эмульгатора и масла, разработчики рецептур могут значительно увеличить их шансы на получение стабильной эмульсии.

По словам Джорджа Смита, технического директора по Северной и Южной Америке компании Huntsman Performance Products в Вудлендсе, штат Техас, США, комбинация эмульгаторов обычно работает лучше, чем любой отдельный эмульгатор. «Например, если вы пытаетесь приготовить эмульсию минерального масла, HLB для минерального масла составляет 10», — говорит он. «Итак, вы выбираете пару эмульгаторов, один с HLB выше 10, а другой с HLB ниже 10. Когда вы их комбинируете, среднее значение получается около 10».

Система HLB, которая работает в основном для неионогенных эмульгаторов, существует с 1954 года. В 1970-х годах была введена система гидрофильно-липофильной разности (HLD). Система HLD работает как с ионогенными, так и с неионогенными поверхностно-активными веществами и лучше учитывает подробные характеристики конкретной эмульсии, такие как соленость, тип нефти, концентрация поверхностно-активного вещества и температура.

Уравнение HLD включает условия для концентрации соли, «маслянистости» масла (эффективное число атомов углерода алкана) и характеристическую кривизну (Cc) эмульгатора. Значение Cc эмульгатора отражает, предпочитает ли эмульгатор изгибаться вокруг капли масла в воде (отрицательное значение Cc) или изгибаться вокруг капли воды в эмульсии вода/масло (положительное значение Cc). Например, очень гидрофильный эмульгатор, лаурилсульфат натрия, имеет Cc 2,3, тогда как очень гидрофобный эмульгатор, диоктилсульфосукцинат натрия, имеет Cc 2,6. Cc для комбинаций эмульгаторов представляет собой средневзвешенное значение для каждого эмульгатора. Шкала HLD центрируется на 0, что соответствует оптимальной эмульсии. Существуют онлайн-калькуляторы для оптимизации HLD для конкретной эмульсии (например, www.stevenabbott.co.uk/HLD-NAC.html).

Макро- и микроэмульсии

Разработчики рецептур все больше заинтересованы в создании микроэмульсий, которые обладают большей стабильностью, чем обычные макроэмульсии. Как следует из названия, микроэмульсии имеют меньший размер капель, чем обычные эмульсии, что делает их прозрачными, а не непрозрачными. В отличие от макроэмульсий микроэмульсии термодинамически стабильны. «По прошествии достаточного времени макроэмульсия распадается на водную и масляную фазы», ​​— говорит Дэвид Сабатини, заместитель директора Института прикладных исследований поверхностно-активных веществ в Университете Оклахомы, Норман, США. «Но время не влияет на то, как долго микроэмульсия будет оставаться в своем текущем состоянии». Кроме того, если изменение температуры вызывает разрушение эмульсии, микроэмульсия самопроизвольно восстанавливается, когда температура возвращается к исходному значению. Напротив, для повторного появления макроэмульсии требуется затрата энергии.

Микроэмульсии производятся иначе, чем макроэмульсии. Макроэмульсии требуют интенсивного перемешивания. Поскольку микроэмульсии представляют собой термодинамически стабильную конечную точку, к которой система естественным образом мигрирует, они обычно не требуют интенсивного перемешивания. Тем не менее, составители рецептур часто используют осторожное перемешивание для равномерного распределения компонентов и ускорения процесса образования микроэмульсии.

По сравнению с макроэмульсиями микроэмульсиям требуется больше поверхностно-активного вещества. «Стабильность во времени указывает на пользу микроэмульсий, но потребность в поверхностно-активных веществах может указывать на пользу макроэмульсий», — говорит Сабатини. «Возможно, 3 или 6 месяцев будет достаточно для вашего заявления, и время может не иметь значения в этой ситуации». Например, пищевые продукты часто портятся раньше, чем разрушается макроэмульсия, говорит он.

Благодаря своей замечательной стабильности микроэмульсии находят применение в различных областях, таких как средства личной гигиены, химикаты для нефтяных месторождений и медицина. «Концепции макроэмульсии существуют уже несколько столетий, но продвинутым концепциям микроэмульсии всего около двух-трех десятилетий», — говорит Сабатини. «Интерес к микроэмульсиям растет, потому что мы только начинаем понимать их возможности».

Пищевые продукты

Многие популярные пищевые продукты представляют собой эмульсии, включая майонез, заправки для салатов, соусы, такие как голландский, шоколад и мороженое. Лецитин, смесь встречающихся в природе фосфолипидов, широко используется в пищевой промышленности для улучшения эмульсий масло-в-воде. Во всем мире большая часть коммерческого лецитина производится из соевого масла. Яичный желток, традиционный эмульгатор майонеза и соусов, также содержит лецитин. Другими распространенными эмульгаторами в пищевых продуктах являются белки, сложные эфиры жирных кислот, стеароиллактилат натрия, а также моно- и диглицериды.

Приготовление пищевых эмульсий может быть сложной задачей, потому что «пищевые продукты представляют собой сложные системы, в которых взаимодействует множество различных ингредиентов», — говорит Джон Неддерсен, старший научный сотрудник по жирам, маслам и эмульгаторам в DuPont Nutrition and Health из Нью-Сенчери, штат Канзас, США. «Хотя рекомендации, такие как шкала HLB, могут помочь, в большинстве случаев необходимы опыт и эксперименты, чтобы найти оптимальный выбор эмульгаторов и норм использования». Неддерсен отмечает, что переработка может стать еще одной проблемой при работе с пищевыми эмульсиями. «Компания может использовать одну и ту же формулу в нескольких местах и ​​получать разные результаты на разных заводах», — говорит он. Эти различия могут возникать из-за кажущихся незначительными изменений в условиях растений.

DuPont продает широкий ассортимент эмульгаторов, в том числе линию Panodan ^® DATEM (диацетилвинная кислота и моноглицеридный эфир), специально предназначенную для хлебобулочных изделий, и линию Cremodan ^® для мороженого и других замороженных десертов. В качестве альтернативы лецитину в шоколаде и других кондитерских изделиях DuPont предлагает Grindsted ^® CITREM, сложный эфир лимонной кислоты. Этот эмульгатор может заменить соевый лецитин, который в последнее время подвергся резкой критике, особенно в Европе, поскольку большинство соевых культур, выращиваемых на экспорт (особенно в США, Бразилии и Аргентине), являются генетически модифицированными. Негенетически модифицированная соя дорога и дефицитна. Таким образом, CITREM может оказаться привлекательной альтернативой для кондитеров, которые хотят избегать ингредиентов, изготовленных из генетически модифицированной сои.

Устойчивые источники пальмового масла также стали проблемой для клиентов, поскольку появились сообщения о том, что развитие плантаций пальмового масла наносит вред окружающей среде и угрожает исчезающим видам дикой природы в Малайзии и Индонезии, где производится большая часть пальмового масла. В результате DuPont представила портфолио эмульгаторов на основе пальмового и непальмового масел из экологически чистых источников. К 2015 году DuPont обязалась закупать 100% пальмового масла с плантаций, сертифицированных Круглым столом по экологически безопасному пальмовому маслу (RSPO).

Эмульсии с пониженным содержанием жира — еще одна актуальная тема для пищевой промышленности. Когда из пищи удаляют жир, чтобы сделать ее менее жирной или обезжиренной, вкус, внешний вид и текстура часто страдают. Д. Джулиан Макклементс, профессор физико-химии Массачусетского университета в Амхерсте, США, говорит, что существует несколько способов, с помощью которых эмульсии или эмульгаторы могут помочь снизить содержание жира в пищевых продуктах. Например, исследователи могут структурировать эмульсии вода-в-масле-в-воде (м/м/м). «Вы можете удалить часть жира из капель и заменить его водой», — говорит он.

Другой подход, называемый гетероагрегацией, заключается в смешивании капель масла, покрытых эмульгаторами противоположного заряда. «Мы смешиваем положительную и отрицательную капли вместе, и они образуют гелевую сеть», — говорит Макклементс. «Полученная эмульсия имеет очень высокую вязкость и низкое содержание жира и имитирует некоторые характеристики продукта с высоким содержанием жира».

Нутрицевтики

Исследователи изучают эмульсии в качестве средств доставки витаминов, пищевых добавок и других нутрицевтиков. Лаборатория Макклементса использовала эмульсии для инкапсулирования витамина Е, каротиноидов, омега-3 жирных кислот, куркумина, кофермента Q9.0108 10 и другие биологически активные соединения. В конце концов, он хотел бы включить такие нутрицевтики в функциональные продукты.

«Одной из наших целей является повышение стабильности активных соединений, инкапсулированных в виде эмульсий в пищевых частицах», — говорит МакКлементс. «Мы также хотели бы контролировать их судьбу в желудочно-кишечном тракте после того, как они будут переварены».

В дополнение к обычным эмульсиям лаборатория Макклементса производит более сложные эмульсии, такие как наноэмульсии, твердые липидные наночастицы, наполненные частицы гидрогеля (рис. 3) и многослойные эмульсии. Различные типы эмульсий могут иметь различное применение. «Некоторые из них могут защищать компоненты от химического разложения, некоторые могут доставлять соединения в толстую кишку, а некоторые могут контролировать выделение аромата», — говорит Макклементс. «Поэтому у вас должна быть своя система доставки для каждого приложения».

Многослойные эмульсии состоят из капель масла, покрытых эмульгатором, плюс один или несколько слоев биополимера, диспергированных в водном растворе. Эмульгатор обычно электрически заряжен, а слой(и) полимера имеют противоположные заряды, которые притягивают их к поверхности масляной капли.

Согласно McClements, многослойные эмульсии обладают большей физической стабильностью, чем однослойные, из-за колебаний pH, ионной силы, температуры, замораживания и оттаивания, а также дегидратации. Кроме того, исследователи могут создавать многослойные эмульсии для контроля их распада в желудочно-кишечном тракте. «Вы можете сделать их так, чтобы они переваривались очень быстро, как обычная эмульсия, или вы можете сделать их так, чтобы они продвигались дальше по желудочно-кишечному тракту», — говорит он. «Последнее может быть полезно, если вы хотите доставить что-то в толстую кишку или пытаетесь контролировать чувство сытости, направляя непереваренные соединения дальше в желудочно-кишечный тракт».

Личная гигиена

Большинство средств личной гигиены, включая лосьоны, кремы, шампуни и кондиционеры, представляют собой эмульсии. Обычные эмульгаторы для средств личной гигиены включают этоксилированные спирты, карбоксилаты, изетионат натрия, моностеарат глицерина, цетиловый спирт, стеариловый спирт и силиконовые эмульгаторы, такие как диметиконы.

«Тенденция сейчас такова, что большинство людей хотели бы использовать эмульгатор на основе растительного сырья, а не нефтехимии», — говорит Смит. Синтетические эмульгаторы, такие как этоксилированные спирты и их аналоги природного происхождения, имеют идентичную структуру, эффективность и биоразложение. «Цена колеблется взад и вперед в зависимости от цены на пальмоядровое масло в Малайзии и цены на этилен в Северной Америке», — говорит Смит. «На данный момент я думаю, что у нефтехимии есть преимущество, но она меняется каждые два-три года».

Хуан Матеу, технический директор JEEN International в Фэрфилде, штат Нью-Джерси, США, говорит, что в последние годы произошел отказ от синтетических этоксилированных спиртов из-за опасений по поводу остаточного 1,4-диоксана, подозреваемого канцерогена, который является побочный продукт их производства. Глюкозиды природного происхождения были предложены в качестве замены для некоторых приложений. Однако «еще слишком рано говорить о том, что этоксилированные спирты можно заменить», — говорит Матеу. «Есть некоторые эмульсии, которые вы можете сделать с глюкозидами, но по большей части весь мир все еще использует этоксилаты».

В 2009 году компания JEEN International запустила линейку эмульгаторов Jeesperse для холодного процесса, которые позволяют разработчикам рецептур создавать эмульсии, содержащие воскообразные вещества, при температуре окружающей среды (25–30°C). Многие распространенные эмульгаторы в средствах личной гигиены, такие как цетиловый спирт и моностеарат глицерина, представляют собой воски с относительно высокой температурой плавления (до 165°C). До Jeesperse производителям приходилось нагревать эмульгаторы в масляной фазе, чтобы расплавить их, а затем добавлять расплавленный эмульгатор в водную фазу и охлаждать эмульсию с контролируемой скоростью до комнатной температуры. Напротив, Jeesperse позволяет приготовить эмульсию в одном котле при комнатной температуре, что приводит к значительной экономии денег и времени.

Секретными ингредиентами продуктов Jeesperse являются полиэлектролиты, такие как полиакрилат натрия. Полиэлектролиты представляют собой полярные молекулы, которые могут индуцировать полярность неполярных восков, позволяя им растворяться в холодной воде (полярный растворитель). Матеу говорит, что в лаборатории он может приготовить эмульсию с помощью холодного процесса примерно за 20 минут, в отличие от нескольких часов смешивания, нагревания и охлаждения с помощью обычного процесса. «Эстетически продукт один и тот же — на ощупь и на вид одинаковый — так почему бы и нет?» он говорит.

Короткое видео, демонстрирующее приготовление холодным способом лосьона с эмульгатором Jeesperse.

Уход за домом

Многие бытовые чистящие средства и моющие средства для стирки содержат поверхностно-активные вещества, которые эмульгируют маслянистые частицы грязи, чтобы их можно было разбавить и смыть. Этоксилированные спирты являются распространенным ингредиентом моющих средств для стирки. Многие моющие средства содержат смесь неионогенных и анионных эмульгаторов для удаления пятен с текстиля.

По словам Сабатини, удаление триглицеридов, таких как жиры, жир от бекона и растительные масла, с тканей является особенно сложной задачей. Его лаборатория показала, что расширенные поверхностно-активные вещества, которые представляют собой поверхностно-активные вещества с группами промежуточной полярности (например, полипропиленоксид и полиэтиленоксид), вставленные между гидрофильной головкой и гидрофобным хвостом, эффективны при удалении этих типов масляных пятен.

Промышленные смазочные материалы

Смазочно-охлаждающие жидкости и другие промышленные смазочные материалы обычно представляют собой эмульсии типа масло в воде. Эмульгаторы позволяют слесарям использовать как смазывающие свойства масел, так и охлаждающие свойства воды. Анионные и неионогенные эмульгаторы часто используются вместе в жидкостях для металлообработки. Катионные эмульгаторы используются редко, поскольку они нестабильны в щелочных растворах (pH 8–9,5), необходимых для жидкостей для металлообработки.

Экологические технологии

Эмульсии и микроэмульсии применялись в природоохранных технологиях, таких как очистка недр и производство биотоплива. Например, при разливе нефти или газа нефть попадает в поры в почве и горных породах. Лаборатория Сабатини разработала не содержащие спирта микроэмульсии, которые помогают удалять нефтяные загрязнения из недр безвредным для окружающей среды способом. «Нефть задерживается в порах из-за межфазного натяжения между водой и нефтью», — говорит Сабатини. «Если мы сможем снизить межфазное натяжение с помощью эмульгаторов, мы сможем увеличить скорость очистки от загрязнений».

В 1997 году Сабатини и несколько его коллег основали компанию Surbec Environmental, LLC для внедрения этой технологии. С тех пор Surbec помогла очистить окружающую среду на нескольких объектах в Соединенных Штатах и ​​за рубежом. Примеры включают заправочную станцию ​​с протекающим подземным резервуаром и военный объект, загрязненный реактивным топливом.

Сабатини также применил свои исследования в области эмульсий для более эффективного производства биотоплива. Биодизель — это растительное масло, такое как соевое масло, которое было химически модифицировано посредством реакции переэтерификации для снижения его вязкости. «Что касается сгорания, вам не нужно модифицировать растительное масло. Вы можете использовать растительное масло в дизельном двигателе, и оно будет работать без каких-либо модификаций», — говорит Сабатини. «Просто растительное масло имеет проблемы с вязкостью, особенно при более низких температурах».

Как оказалось, микроэмульгирование растительных масел может снизить вязкость без необходимости проведения реакции переэтерификации. Это сэкономит время и позволит использовать больше сырья в качестве топлива. Однако Сабатини отмечает, что исследование все еще находится на ранней стадии.

Несмотря на то, что люди производят эмульсии сотни, если не тысячи лет, мы только сейчас начинаем ценить их разнообразные применения во многих областях. Сложные эмульсии, такие как микроэмульсии и многослойные эмульсии, обещают дальнейшее расширение репертуара приложений, особенно в новых областях, таких как функциональные продукты питания и производство биодизельного топлива. Если бы только мы могли найти эмульгатор для этого трудного сотрудника.

Лаура Кэссидей — независимый научный писатель и редактор из Гудзона, штат Колорадо, США. У нее есть докторская степень. по биохимии в Высшей школе Майо, и с ним можно связаться по адресу [email protected] .

Боковая панель

В чем разница?
Термины поверхностно-активное вещество, эмульгатор и детергент часто используются взаимозаменяемо, но есть различия.

Поверхностно-активное вещество — самый широкий термин: и эмульгаторы, и детергенты являются поверхностно-активными веществами. ПАВ, или поверхностно-активные вещества — это соединения, которые снижают поверхностное натяжение между двумя жидкостями или между жидкостью и твердым телом. Поверхностно-активные вещества являются амфифильными, что означает, что они содержат гидрофильные (любящие воду) головные группы и гидрофобные (ненавидящие воду или масла) хвосты. Поверхностно-активные вещества адсорбируются на границе между маслом и водой, тем самым уменьшая поверхностное натяжение.

Эмульгатор представляет собой поверхностно-активное вещество, стабилизирующее эмульсии. Эмульгаторы покрывают капли в эмульсии и препятствуют их объединению или слипанию.

Моющее средство представляет собой поверхностно-активное вещество, обладающее моющими свойствами в разбавленных растворах.

Точно так же иногда путают термины «эмульсия», «суспензия» и «пена».

Эмульсия представляет собой смесь двух или более жидкостей с эмульгатором или без него, которые обычно не смешиваются. Одна из жидкостей, «дисперсная фаза», образует капли в другой жидкости, «сплошной фазе».

Суспензия представляет собой твердое вещество, диспергированное в жидкости. Частицы достаточно крупные для седиментации.

Пена представляет собой вещество, в котором пузырьки газа взвешены в жидкости.

Врезка

Основные технические моменты суспензии, эмульсии и пены
Вы можете узнать о последних разработках в области суспензий, эмульсий и пен, посетив совместное техническое заседание по этим темам на предстоящем ежегодном собрании AOCS 2014 & Выставка в Сан-Антонио, Техас, США. Сессия, которая пройдет в среду, 7 мая, с 13:55 до 17:00, будет посвящена широкому спектру технических тем — от производства продуктов с пониженным содержанием жира путем контролируемой агрегации липидных капель до разработки липопептидного биосурфактанта.