第二章-胶乳性质及胶乳种类.

第二章胶乳的性质杜江华1、胶体的性质2、天然胶乳的组成及化学结构内容简介第一节胶体的性质一．分散度与表面能二．分散体系的几个稳定性的概念三．胶体溶液的概念及一般性质一分散度和表面能（一）分散度定义：单位体积的物质所具有的表面积叫分散度，也叫做比表面。它是物质的总表面积与该物质总体积的比值。即：物质总表面积（S）SS。==物质的总体积（V）V单位：㎝ˉ1分散度与粒子大小成反比关系，分散度越大，粒子愈细。粒子数愈多，表面也相应增加。对球状粒子来说：设半径为r㎝,粒子数为n.则分散度S4∏r²n3S。===V4/3∏r3nr对于立方体来说：设边长为L㎝,粒子数为n.则分散度S6L²n6S。===VL3nL分散度与粒子大小的关系1.定义：在恒温恒压下形成新的表面所做的功为表面能。F=ζ▪АF：表面能（单位为J）ζ：比例系数，也称比表面能。单位为J/m²物理意义是在一定的温度、压力和组成下，增加体系单位表面时，体系表面自由能的增加。（二）表面能由F=ζ▪А知,在给定的体系中ζ是一个常数。那么表面能（F）与表面积（A）成正比关系，由于一定量的物体，粒子越小，说明粒子数越多，所形成的表面积就越大。所以A越大，意味着分散度越大，表面能就越大。根据能量最低原则，体系就越不稳定，有自动缩小表面积的趋势。表面能与分散度的关系表面能与分散度成正比，与粒子大小成反比。分散度大的，说明粒子越小,形成的新表面越多，表面能就越大。二、分散体系的几个稳定性的概念分散体系保持分散度不变的性质。（即保持分散状，不因重力作用而下沉或上浮，也不相互聚结）：一种或几种物质分散在另一种物质中所组成的体系分散体系稳定性：分散体系的几个稳定性的概念动力学稳定性：分散相保持稳定的分散状态不因重力作用而下沉或上浮的性质。动力学不稳定性：分散相因重力作用而下沉或上浮而不能保持分散状态的性质。热力学（也称聚结）稳定性：分散相保持单个状态而不相互聚结的性质。热力学不稳定性：分散相互相聚结，不能保持单个状态的性质。（一）胶体溶液的概念：物质粒子在1-100nm范围内，分散在介质中而形成的多相且具有一定稳定性的体系。称胶体溶液，简称溶胶。三个特征：1.高分散度2.多相3.具有一定的稳定性三．胶体溶液的概念及一般性质（二）性质①丁道尔现象产生的原因：胶体粒子的大小小于入射光的波长，产生了光散射现象的结果.溶液与胶体的丁达尔效应的比较电泳现象：在外加电场的作用下，分散相定向移动的现象。2.电学性质天然胶乳的橡胶粒子在外加电场的作用下，可看到胶粒均移向阳极，说明橡胶粒子带阴电荷。电学性质对溶胶性质的影响:溶胶的电学性质表明胶粒是带电的，虽然粒子小，表面能大。由于同电相斥的作用，提高了溶胶的热力学稳定性。使溶胶具有一定的稳定性。。3.动力学性质布朗运动：在显微镜观察到，胶体粒子是连续的不规则运动，这种胶体所特有的运动称为布朗运动。产生的原因：其本质还是分子的热运动，是由于分散体系中分散相粒子受周围介质分子不断碰撞的结果。粒子在撞击的过程中，有些时候合力不等于零，就作永不停息的运动。B.有降低溶胶的热力学稳定性趋势。因为强烈的布朗运动使胶粒相互碰撞的次数增多而不易于聚结，因此有降低热力学稳定性趋势。但也不是碰撞就会聚结，而是有一定条件，即当布朗运动所具有的动能大于胶粒间相互排斥的势能时，胶粒便会相互聚结。布朗运动对胶体性质的影响A.提高了动力学稳定性。第二节天然胶乳的胶体特性一)天然胶乳的胶体特性天然胶乳是组分复杂的橡胶——水基型分散体系，是疏液胶体吸附亲液胶体后形成的一种特殊的胶体体系。疏液胶体主要是橡胶烃亲液胶体主要是蛋白质、类脂物等固含量为30％～40％，橡胶粒径平均为1.06微米。新鲜的天然乳胶含橡胶成分27％～41.3％(质量)、水44％～70％、蛋白质0.2％～4.5％、天然树脂2％～5％、糖类0.36％～4.2％、灰分0.4％。二)天然胶乳的成分分散介质：分散介质为乳清。大部分是水，还含有蛋白质、脂肪酸、无机盐、糖类等乳清：胶乳中，除橡胶粒子以外的其它物质的总称，其中含有蛋白质、脂肪酸、无机盐、糖类等B乳清：由离心后底层部分冻干后得到的乳清属黄色体水溶液C乳清：经过高速离心机所得到的清亮的乳清。天然胶乳分散相和分散介质都不是均一的物质。（多相性）橡胶粒子：表面吸附蛋白质、类脂物等。非橡胶粒子：包含FW粒子（脂肪、类脂物组成）、黄色体（蛋白质、类脂物组成）、纤维状粒子（蛋白质组成）分散相：橡胶粒子和非橡胶粒子。离心机离心天然胶乳和疏液胶体性质的比较项目疏液胶体天然胶乳粒子晶核、小液滴、无定形碎高分子物形成的胶团作用力离子键、共价键、分子力范德华引力与介质亲和性没有亲和性吸附蛋白质后有亲和性相界面多相、有界面多相、有界面自由能高高稳定性热力学不稳定性热力学不稳定性热力学电位不随溶胶的PH变化随溶胶的PH变化水化膜较薄较厚粘度小大（有结构粘度）浓度小大凝胶含水量极少多成膜性质无成膜性具有良好的成膜性三）橡胶粒子结构1.结构分为三层：（内层）溶胶层：能溶乙醚苯，由聚合度小、球状橡胶烃分子聚集而成；（中间层）凝胶层：不溶乙醚，由聚合度大、支链、网状橡胶烃分子聚集而成；（外层）保护层：保持胶粒稳定，由蛋白质和类脂物构成。磷脂:不同品系的胶乳磷脂，几乎一样，不溶于丙酮；类脂物中性脂：溶于丙酮，有甘油三酸脂、淄醇脂，不同品系的胶乳中性脂几乎不同，所以其稳定性有异。胶乳加氨后橡胶胶粒保护层的变化1）蛋白质的水解（加氨后）蛋白质缓慢水解氨基酸（非表面活性物质）→全部进入乳清→胶粒保护层被破坏→降低胶粒稳定性。氨是碱性物质，蛋白质在酸、碱条件下都会发生水解作用。另外蛋白质也会发生变性作用。从而失去保护胶粒的作用，降低胶乳的稳定性。2）类脂物的水解类脂物很快水解高级脂肪酸NH3生成高级脂肪酸铵皂（表面活性物质）。此铵皂大部分吸附于胶粒表面，增加胶粒表面的阴电荷和水化膜，加强胶粒保护膜，从而提高其稳定性。小部分进入乳清。橡胶粒子的大小、数量、结构对胶乳性质的影响1.对胶乳性质的影响胶粒大、胶乳较稳定.胶粒小、胶乳不稳定.(1)橡胶粒子大小原因:橡胶粒子大，表面能小，稳定性上升;橡胶粒子大，表面结构较完整，保护能力就强，稳定性高;橡胶粒子大，布朗运动相对弱些，胶粒碰撞相对小，稳定性高。结论：粒子大，数量少，结构完整，胶乳较稳定（2）橡胶粒子数量多：橡胶粒子数量多，其浓度高，稳定性差少：橡胶粒子数量少，其浓度低，橡胶粒子间距离宽，互相碰撞的机会少，稳定性高。3）橡胶粒子结构结构完整：有保护层保护，稳定性高，橡胶粒子的大小、数量、结构对制胶工艺的影响1)对生产生胶的影响①大小：橡胶粒子大，凝固好，粒子小容易产生局部凝固。因胶粒大，胶乳粘度低，酸水容易分散均匀，则凝固好。胶粒小，胶乳粘度高，酸水不易分散均匀，则加酸产生局部凝固。②数量：数量小的凝固操作困难，数量多，凝固操作易，但过多，凝固操作也困难.因数量过多，浓度过大，粘度过高，酸水不易分散均匀。③结构：结构完态，凝固操作易，反之，则难。结论：胶粒小，数量少，结构不完整，凝固操作难。反之，凝固操作易．2)对离心分离浓乳的影响①粒子大小：粒子大，分离效率高；粒子小，分离效率低。因：a胶粒大，胶粒较稳定，不易在离心机的分离室中凝固，分离效率高b.胶粒大，粘度低，胶粒与乳清分离较易，分离效率高；c.胶粒大，相对密度较小，乳清与胶粒的密度差较大，分离效率高②数量：数量小，分离效率低。数量多，分离效率高。过多分离效率反而降低，因粘度过高。在一定程度上表示胶乳的浓度即干胶含量。数量小，干胶含量低，分离效率低，导致经济上不合算。数量多，浓度高，分离效率高。干胶制成率也高。③结构：结构完整即有保护层保护，有利于离心分离，分离效率高。结构不完整，分离效率低.因胶粒易在离心机中凝聚，停机清洗的次数也多。结论：数量多，粒子大，结构完整，分离效率高，所得浓缩胶乳纯度较高，乳清离子强度较低，胶乳较稳定。四）非橡胶粒子（一）FW粒子（弗莱—威斯林粒子）（二）含纤维状粒子（三）黄色体离心机离心(三)黄色体1.黄色体的性质稳定性低1).胶乳加氨时，大部分黄色体分解，粘度降低。2).胶乳加水时，大部分黄色体膨胀而凝聚，粘度增高（乳清离子浓度降低，粘性体吸收水分而膨胀）。3).胶乳加入0.1mol/LNaCL时，黄色体几乎没有变化（保持渗透平衡）。2黄色体对胶乳性质的影响胶乳中的黄色体通常在割胶后很快就变坏，首先变化的是黄色体的内含物，因粘附在薄膜的壁上而停止作布朗运动，之后薄膜破裂，流体流入乳清中，其流出物中含有酸、无机盐、等电点高的蛋白质、糖和酶等。这些物质都会降低胶乳的稳定性。黄色体含量高，胶乳稳定性低。因为：A.黄色体本身稳定性低，会相互聚结，就把一些胶粒带进来。B.黄色体破裂后，流出物中的酸会降低胶乳的pH值，因黄色体pH为5.5，薄膜破裂后，其低pH值进入胶乳中，从而降低稳定性。C.黄色体破裂后，流出物中的无机盐如钙离子，镁离子会压缩双电层，使胶粒脱水，从而降低稳定性D.黄色体破裂因含等电点高的蛋白质在胶乳中带阳电荷，而橡胶粒子带阴电荷，这样阴阳中和，稳定性降低E.黄色体薄膜破裂后，残渣包围胶粒，引起胶乳凝固，稳定性降低。2对制胶的影响1)对生产生胶的影响：黄色体含量高，胶乳的稳定性差从而粘度大，酸水不易分离均匀，凝固操作困难。措施：a.分级凝固：先把稳定性低的黄色体凝固过滤，再凝固b.加漂白剂（二甲苯基硫醇、亚硫酸氢钠）2）对离心分离浓乳的影响黄色体含量高的胶乳，离心分离效率低。因：A.黄色体高，稳定性低，易在离心机分离室中凝聚，易发生堵机，分离效率低B.黄色体高，粘度高，橡胶粒子与乳清分离困难，分离效率低C.黄色体高，黄色体胶膜可溶于氨，生成磷酸镁铵含量高，易堵机，分离效率降低。D.黄色体高，浓乳不洁白，纯度低，MST低若能把黄色体分出后，再生产浓缩胶乳，则生产效率，产品质量也会提高方法：加氨使黄色体溶解5）胶乳的稳定性1橡胶粒子的吸附作用2橡胶粒子带电的原因3双电层与电动电位4橡胶粒子表面的水化膜5决定天然胶乳稳定性的主要因素6影响天然胶乳稳定性因素（一）橡胶粒子的吸附作用1.吸附条件一种物质的原子或分子附着在另一种物质的表面上的现象称为吸附。固体表面分子和液体表面分子一样，也处于力场的不平衡状态。也具有表面能，因此固体表面就产生了剩余的吸引力。由于这些未平衡的吸引力存在，固体粒子表面就可以从与它接触的气体或液体中吸附其它物质。（分子或离子）由于物质具有选择吸附与之组成有关的物质，即相似相吸.所以说，胶乳中的蛋白质，类脂物是高度分散的分子状态存于乳清中，属有机高聚物。而橡胶烃是许多异戊二烯单体聚合而成的有机高聚物，这就为吸附与被吸附创造了条件。另外，胶乳是一种分散度很高的多相体系，橡胶粒子具有巨大的表面积。因此橡胶粒子与乳清的界面上能发生显著的吸附作用。课堂思考：试分析天然胶乳的吸附？（1）胶体粒子带电的原因溶胶粒子带电的原因有三方面，即选择性吸附、表面分子电离和同晶置换。选择性吸附：溶胶粒子与介质之间存在巨大的界面，能有选择的把溶液中的离子吸附到界面上来，如果吸附的正离子，溶胶粒子带正电，吸附的是负离子，则溶胶粒子带负电。表面分子电离：胶体粒子的表面分子在一定条件下能电离出离子而使胶体粒子带电。如天然胶乳的橡胶粒子带电是属于这个原因。（二）橡胶粒子带电的原因橡胶粒子的表面吸附有蛋白质，而蛋白质是由许多氨基酸以肽键的形成结合的高聚物，对于一条长肽链来说，含有一个游离的羧基末端和有个游离的氨基末端，在肽链的侧面，还有许多可离子化的基团。有些可接受质子H+，有些解离H出质子+。所有这些基团在胶乳中都会受到pH值的影响，而使蛋白质呈现不同的解离状态。在碱性条件下，蛋白质作酸式解离，而使胶粒带阴电荷。橡胶粒子表面电荷的多少和性质是随胶乳PH值的变化而变化。在酸性条件下，蛋白质（用P来表示）作碱式解离，而使胶粒带阳电荷。课堂思考：试分析天然胶乳胶粒带电的原因在通常情况下橡胶粒子带阴电荷，主要是由于胶乳中的蛋白质等电点一般在4-5左右，而新鲜胶乳的pH值在7左右，用氨保存的胶乳