Кіріспе

Микроэмульсиялар – мұнай, су және беттік белсенді заттан тұратын мөлдір, термодинамикалық тұрақты, изотроптық сұйық қоспалар, көбінесе қосақтағыш беттік белсенді затпен бірге қолданылады. Су фазасы тұз(дар) және/немесе басқа да ингредиенттерді қамти алады, ал "мұнай" әр түрлі көмірсутектердің күрделі қоспасы болуы мүмкін. Қалыпты эмульсиялардан айырмашылығы, микроэмульсиялар компоненттерді жай араластыру арқылы түзіледі және қалыпты эмульсияларды жасау үшін қажетті жоғары серпіліс күштерін талап етпейді. Микроэмульсиялардың үш негізгі түрі бар: тікелей (май суға шашыратылған, м/с), кері (су майға шашыратылған, с/м) және биконтинуасты. Үштік жүйелерде, мысалы микроэмульсияларда, екі араласпайтын фаза (су және "мұнай") беттік белсенді затпен бірге болатын жағдайда, беттік белсенді зат молекулалары мұнай мен су арасындағы интерфейсте моноқабатты құрауы мүмкін, мұнда беттік белсенді зат молекулаларының гидрофобтық тізбектері май фазасында, ал гидрофильді бас бөліктері су фазасында ерітіледі.

Теория

Микроэмульсияның пайда болуы, тұрақтылығы және фазалық қасиеттері туралы әртүрлі теориялар жылдар бойы ұсынылған. Мысалы, олардың термодинамикалық тұрақтылығының бір түсіндірмесі – май/су дисперсиясы беттік белсенді заттың арқасында тұрақтанады және олардың қалыптасуы май/су интерфейсіндегі беттік белсенді пленканың серпімді қасиеттерін қамтиды, онда пленканың қисықтығы мен қатаңдығы параметрлер ретінде қарастырылады. Бұл параметрлер белгілі бір қысымға және/немесе температураға (және/немесе су фазасының тұздылығына) тәуелді болуы мүмкін, бұл микроэмульсияның тұрақтылық аймағын анықтауға немесе үш фазаның бірдей қатар өмір сүретін аймағын белгілеуге қолданылуы мүмкін. Микроэмульсияның майлы немесе сулы фазамен бірге болатын интерфейстік кернеуін есептеу де көбінесе ерекше назар аударады және кейде оларды жасауға бағыт беру үшін пайдаланылуы мүмкін.

Тарих және терминология

Микроэмульсия термині алғаш рет 1943 жылы Кембридж университетінің химия профессоры Т. П. Хоар және Дж. Х. Шульман қолданған. Бұл жүйелердің баламалы атаулары жиі қолданылады, мысалы, мөлдір эмульсия, кеңейген мицелла, мицеллалық ерітінді және ерітілген май. Көбірек шатастыратыны, микроэмульсия термині май, су және беттік белсенді зат қоспасынан тұратын бір ғана изотроптық фазаны, немесе басым түрінде май және/немесе сулы фазалармен тепе-теңдікте болатын фазаны, тіпті басқа изотроптық емес фазаларды да білдіре алады. Екілік жүйелерде (су/беттік белсенді зат немесе май/беттік белсенді зат) сияқты, әртүрлі типтегі өздігінен құрастырылған құрылымдар пайда болуы мүмкін, мысалы, (кері) сфералық және цилиндрлік мицеллалардан бастап ламелді фазаларға және екі үзділіссіз микроэмульсияларға дейін, олар басым түрінде май немесе сулы фазалармен қатар болуы мүмкін.

Фазалық диаграммалар

Микроэмульсиялық домендер әдетте үштік фазалық диаграммалар салу арқылы сипатталады. Микроэмульсия құру үшін үш негізгі компонент қажет: екі араласпайтын сұйықтық және беттік белсенді зат. Көптеген микроэмульсияларда май мен су араласпайтын сұйық жұп ретінде қолданылады. Егер косурфактант қолданылса, ол кейде беттік белсенді затқа қатысты белгілі бір пропорцияда бір компонент ретінде көрсетіліп, «псевдокомпонент» ретінде қарастырылуы мүмкін. Осы үш компоненттің салыстырмалы мөлшерлерін үштік фазалық диаграммада бейнелеуге болады. Гиббс фазалық диаграммалары жүйедегі әртүрлі фазалардың көлемдік үлестерінің фазалық мінез-құлыққа тигізетін әсерін көрсету үшін пайдаланылуы мүмкін. Жүйені құрайтын үш компоненттің әрқайсысы үшбұрыштың төбесінде орналасқан, онда олардың сәйкес көлемдік үлесі 100% құрайды. Осы төбеден алшақтағанда, осы компоненттің көлемдік үлесі кемиді, ал қалған екі компоненттің бірінің немесе екеуінің де көлемдік үлесі артады. Үшбұрыштың ішіндегі әрбір нүкте үш компоненттің немесе псевдокомпоненттердің қоспасының мүмкін құрамын көрсетеді, ол (Гиббс фазалық ережесіне сәйкес) бір, екі немесе үш фазадан тұруы мүмкін. Бұл нүктелер бірігіп, олардың арасындағы шекаралары бар аймақтарды құрайды, олар тұрақты температура мен қысымда жүйенің «фазалық мінез-құлқынан» хабар береді. Дегенмен, Гиббс фазалық диаграммасы жүйенің жай-күйін эмпирикалық түрде визуализациялау болып табылады және берілген құрамдағы фазалардың нақты санын көрсете бермейді. Көзге анық бір фазалы құралымдар бірнеше изотроптық фазалардан тұруы мүмкін (мысалы, ашық көрінетін гептан/AOT/су микроэмульсиялары бірнеше фазадан тұрады). Бұл жүйелер басқа фазалармен тепе-теңдікте болуы мүмкін болғандықтан, көптеген жүйелер, әсіресе екі араласпайтын фазаның жоғары көлемдік үлестері бар жүйелер, осы тепе-теңдікті өзгертетін кез келген факторға, мысалы, жоғары немесе төмен температураға немесе беттік кернеуді өзгертетін заттарға оңай сезімтал келеді. Алайда, салыстырмалы түрде тұрақты микроэмульсиялардың мысалдары да бар. Автомобиль қозғалтқыш майларындағы қышқылдың жиналуын жою механизмі төмен су фазасы көлеміне және майдағы су/май (w/o) микроэмульсияларына байланысты деп есептеледі. Теориялық тұрғыдан алғанда, сұйық қышқыл тамшыларын қозғалтқыш майы арқылы майдағы микродисперстелген кальций карбонаты бөлшектеріне тасымалдау ең тиімді болады, егер сұйық тамшылары бір сутегі ионын тасымалдауға жеткілікті кішкентай болса (тамшылар неғұрлым кішкентай болса, қышқыл су тамшыларының саны неғұрлым көп болса, бейтараптандыру соғұрлым жылдам болады). Мұндай микроэмульсиялар жоғары температураның кең диапазонында тұрақты болуы мүмкін.