Технические жидкости и масла: Смазочные материалы и технические жидкости

Смазочные материалы и технические жидкости

 

Смазочные материалы и технические жидкости

Большинство автомобильных смазочных материалов и технических жидкостей имеют нефтяную основу с добавлением присадок. Некоторые изготовлены на синтетической основе. В данном разделе описываются следующие типы смазочных материалов и технических жидкостей:

• Моторное масло

• Трансмиссионное масло

• Консистентная смазка

• Технические жидкости

• LLC (охлаждающая жидкость длительного использования)

• Герметики

УКАЗАНИЕ:

Классификация масел и жидкостей по назначению.

Масло: Главным назначением масел является смазка.

Технические жидкости: Главным назначением технических жидкостей является передача давления в различных
системах автомобиля.

Моторное масло

 Смазывание:

Моторное масло внутри двигателя смазывает контактирующие между собой металлические поверхности путем образования на них масляной пленки, снижая таким образом трение между металлическими поверхностями.

 Охлаждение:

Моторное масло охлаждает двигатель путем поглощения тепла в зонах, которые непросто охладить с помощью системы охлаждения, так как поршни и другие поверхности контактируют между собой.

 Очистка:

Моторное масло смывает нагар, который образуется в результате горения, и металлические частицы, не давая им откладываться на внутренних деталях двигателя.

 Уплотнение: 

Моторное масло образует масляную пленку между поршнем и стенкой цилиндра. Он служит в качестве уплотнения, которое сводит к минимуму возможность прорыва газа через этот зазор.

Моторное масло служит для смазки внутренних деталей двигателя.

Моторное масло обеспечивает следующие четыре основные функции:

Существуют следующие системы классификации моторных масел по их рабочим характеристикам:

SAE

(Общество автомобильных инженеров) Классификация моторного масла по вязкости.

API/ILSAC

(Американский институт нефти/Международный комитет по стандартизации и контролю смазочных материалов)

Классификация моторного масла по качеству.

ACEA

(Европейская ассоциация автомобильных конструкторов)

Уполномочена Европейской ассоциацией по смазочным материалам.

ПРИМЕЧАНИЕ:

• В дизельных и бензиновых двигателях применяется разное моторное масло. Компрессия и давление при сгорании в дизельных двигателях очень высокие, и на вращающиеся детали действуют большие усилия.

Поэтому моторное масло, используемое в дизельных двигателях, должно создавать очень прочную масляную пленку. Тем не менее, до недавнего времени производилось масло, предназначенное для обоих типов двигателя, дизельного и бензинового.

• Характеристики моторного масла ухудшаются из-за окисления и воздействия высоких температур, поэтому оно должно периодически заменяться.

Классификация вязкости масла по SAE показывает:

При какой температуре окружающей среды может использоваться данное масло. (Например: «10W-30»)

Чем больше число, тем выше вязкость масла.

Масла с индексами вязкости, указанными в виде диапазона, такие как SAE 10W-30, называются универсальными маслами. Чем меньше первая цифра, например «10», тем меньше вероятность загустевания масла при низких температурах. Чем больше вторая цифра, например «30», тем меньше вероятность того, что масло будет разжижаться при высоких температурах.

Буква «W» означает «зима», указывая на то, что масло данной вязкости пригодно для использования при низких
температурах.

Классификация по качеству

Система API — классификация масла по качеству:

Указывает степень тяжести условий эксплуатации, которое может выдержать данное масло. Для бензиновых двигателей пригодны масла, имеющие класс от SA до SL, хотя в автомобилях используется и масла класса SE и выше. Масла класса SL обладают высшим качеством.*

Для дизельных двигателей пригодны масла, имеющие класс от CA до CF-4, где CF-4 — это высший класс качества.*

*На март 2002 г.

Система ILSAC — классификация масла по качеству:

Эти масла прошли испытания на расход топлива по методике ILSAC в дополнение к испытаниям по стандарту API.
Масла разделяются на классы GF-1 и GF-2 в соответствии с их влиянием на топливную экономичность автомобиля.

GF-2 является высшим классом.

Трансмиссионное масло

Трансмиссионные масла должны обладать высоким индексом вязкости и качеством, чтобы выдерживать высокое давление, которое создается при зацеплении шестерен.

Существуют трансмиссионные масла разных типов, в зависимости от назначения, например для коробок передач, дифференциалов или механизмов рулевого управления.

Как и моторное масло, трансмиссионное масло также классифицируется в соответствии с вязкостью классификация SAE) и качеством (классификация API).

 

Масла и технические жидкости для Toyota (Тойота) от Пикап-Центра Москва

Масло для раздаточной коробки Ram 1500 2019-2022 Mopar 946ml

• Производитель

  Mopar

• UIN

  68049954AC

• Статус

  В наличии

5 680 ₽

Старая цена:

5 680 ₽

 

 

В корзину

Масло моторное 5W-30 Motorcraft 946мл

• Производитель

  Motorcraft

• UIN

  XO5W30QSP

• Статус

  В наличии

1 917 ₽

Старая цена:

1 917 ₽

 

 

В корзину

Жидкость ГУР MS-10838 WH Mopar 946мл

• Производитель

  Mopar

• UIN

  68234631AA

• Статус

  Под заказ

2 627 ₽

Старая цена:

2 627 ₽

 

 

В корзину

Масло для АКПП MERCON LV 946мл Motorcraft

• Производитель

  Motorcraft

• UIN

  XT-10-QLVC

• Статус

  В наличии

2 556 ₽

Старая цена:

2 556 ₽

 

 

В корзину

Масло для АКПП MERCON V 946мл Motorcraft

• Производитель

  Motorcraft

• UIN

  XT-5-QMC

• Статус

  В наличии

1 633 ₽

Старая цена:

1 633 ₽

 

 

В корзину

Масло для АКПП Mopar ATF+4 946мл

• Производитель

  Mopar

• UIN

  68218057AC

• Статус

  В наличии

1 917 ₽

Старая цена:

1 917 ₽

 

 

В корзину

Масло для раздаточной коробки Mopar 946ml

• Производитель

  Mopar

• UIN

  68089195AA

• Статус

  В наличии

5 680 ₽

Старая цена:

5 680 ₽

 

 

В корзину

Масло моторное 0W20 LIQUI MOLY GF-5 4литра

• Производитель

  LIQUI MOLY

• UIN

  8066

• Статус

  В наличии

11 715 ₽

Старая цена:

11 715 ₽

 

 

В корзину

Масло моторное 5W20 LIQUI MOLY GF-4 1литр

• Производитель

  LIQUI MOLY

• UIN

  7620

• Статус

  В наличии

2 130 ₽

Старая цена:

2 130 ₽

 

 

В корзину

Масло моторное 5W20 LIQUI MOLY GF-4 4литра

• Производитель

  LIQUI MOLY

• UIN

  7621

• Статус

  В наличии

8 165 ₽

Старая цена:

8 165 ₽

 

 

В корзину

Масло моторное 5W20 Motorcraft XO5W20QSP 946 ml

• Производитель

  Motorcraft

• UIN

  XO5W20QSP

• Статус

  В наличии

2 201 ₽

Старая цена:

2 201 ₽

 

 

В корзину

Новый способ смешивания масла и воды | MIT News

Нежелание масла и воды смешиваться вместе и оставаться таким образом настолько хорошо известно, что стало клише для описания любых двух вещей, которые плохо сочетаются друг с другом. Теперь новое открытие исследователей из Массачусетского технологического института может перевернуть это выражение с ног на голову, предоставив способ заставить два вещества смешиваться и оставаться стабильными в течение длительного времени — без встряхивания. Этот процесс может найти применение, среди прочего, в фармацевтике, косметике и пищевых продуктах.

Новый процесс включает охлаждение ванны с маслом, содержащей небольшое количество поверхностно-активного вещества (вещества, похожего на мыло), а затем конденсацию водяного пара из окружающего воздуха на поверхности масла. Эксперименты показали, что это может привести к образованию крошечных однородных капель воды на поверхности, которые затем погружаются в масло, а их размер можно контролировать, регулируя долю поверхностно-активного вещества. Выводы аспиранта Массачусетского технологического института Ингрид Гуха, бывшего постдока Сушанта Ананда и доцента Крипы Варанаси представлены в журнале 9.0005 Связь с природой .

Любой, кто когда-либо использовал заправку для салата, знает, что как бы энергично смесь ни взбалтывалась, масло и уксус (раствор на водной основе) разделятся в течение нескольких минут. Но для многих применений, включая новые системы доставки лекарств и методы обработки пищевых продуктов, важно иметь возможность получить масло в воде (или воду в масле) для образования крошечных капель — всего несколько сотен нанометров в поперечнике, слишком маленьких, чтобы их можно было увидеть с помощью невооруженным глазом — и чтобы они оставались крошечными, а не сливались в более крупные капли и в конечном итоге отделялись от другой жидкости.

Как правило, в промышленных процессах эти эмульсии получают либо механическим встряхиванием смеси, либо использованием звуковых волн для создания интенсивных колебаний внутри жидкости, процесс, называемый ультразвуковой обработкой. Но оба эти процесса «требуют много энергии, — говорит Варанаси, — и чем мельче капли, тем больше энергии требуется». Напротив, «наш подход требует очень низких затрат энергии», — добавляет он.

«Ключом к преодолению этого разделения является наличие очень маленьких нанокапель», — объясняет Гуха. «Когда капли маленькие, гравитация не может их преодолеть», и они могут оставаться во взвешенном состоянии бесконечно долго.

Для нового процесса команда создала резервуар с маслом с добавлением поверхностно-активного вещества, которое может связываться как с молекулами масла, так и с водой. Они поместили его в камеру с очень влажным воздухом, а затем охладили масло. Подобно стакану холодной воды в жаркий летний день, более холодная поверхность заставляет водяной пар осаждаться. Затем конденсирующаяся вода образует капли на поверхности, которые распространяются через смесь масла и поверхностно-активного вещества, и размер этих капель довольно одинаков, как обнаружила команда. «Если вы правильно подошли к химическому составу, вы можете получить правильную дисперсию», — говорит Гуха. Регулируя долю поверхностно-активного вещества в масле, можно хорошо контролировать размер капель.

В ходе экспериментов команда создала наноразмерные эмульсии, которые оставались стабильными в течение нескольких месяцев по сравнению с несколькими минутами, которые требуются для разделения той же смеси масла и воды без добавления поверхностно-активного вещества. «Капли остаются такими маленькими, что их трудно увидеть даже под микроскопом», — говорит Гуха.

В отличие от методов встряхивания или обработки ультразвуком, при которых большие отдельные массы масла и воды постепенно распадаются на более мелкие капли (подход «сверху вниз»), метод конденсации начинается сразу же с конденсации крошечных капель. из пара, который исследователи называют восходящим подходом. «Покрывая свежесконденсированные нанокапли воды маслом, мы используем присущую природу явлений фазового перехода и распространения», — говорит Варанаси.

«Наш восходящий подход к созданию наноразмерных эмульсий легко масштабируется благодаря простоте процесса, — говорит Ананд. «В ходе этой работы мы открыли много новых явлений. Мы обнаружили, как присутствие поверхностно-активного вещества может изменить взаимодействие масла и воды в таких условиях, способствуя растеканию масла по каплям воды и стабилизируя их на наноуровне».

Команда говорит, что подход должен работать с различными маслами и поверхностно-активными веществами, и теперь, когда процесс определен, их выводы «предоставляют своего рода руководство по проектированию для использования кем-то» для определенного вида применения, говорит Варанаси. .

«Это такая важная вещь, — говорит он, — потому что у продуктов питания и лекарств всегда есть срок годности», и часто это связано с нестабильностью содержащихся в них эмульсий. В экспериментах использовалось конкретное поверхностно-активное вещество, которое широко используется, но доступно множество других разновидностей, включая те, которые одобрены для пищевых продуктов.

Кроме того, говорит Гуха, «мы предполагаем, что вы сможете использовать несколько жидкостей и делать гораздо более сложные эмульсии». По словам Варанаси, помимо использования в пищевых продуктах, косметике и лекарствах, этот метод может иметь и другие применения, например, в нефтегазовой промышленности, где такие жидкости, как буровые растворы, спускаемые в скважины, также являются эмульсиями.

Работа выполнена при поддержке MIT Energy Initiative, Национального научного фонда и стипендии Научного общества. Ананд, соавтор, который был постдоком в Массачусетском технологическом институте, теперь является доцентом в Университете Иллинойса.

Поделитесь этой новостной статьей:

Упоминания в прессе

The Boston Globe

Мартин Финукейн из The Boston Globe сообщает, что исследователи Массачусетского технологического института разрабатывают метод, позволяющий смешивать масло и воду. При использовании комбинации поверхностно-активного вещества и конденсации «на поверхности образуются крошечные капельки воды, которые погружаются в масло и остаются в смеси в течение нескольких месяцев, а не разделяются всего за несколько минут», — объясняет Финукейн.

Полная история через Boston Globe →

Связанные ссылки

• Бумага: «Создание наноразмерных эмульсий с использованием конденсации»
• Крипа Варанаси
• Исследовательская группа варанаси
• . и водная смесь

  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 областях.

  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 примеров продуктов, в которых масло и вода 9Смесь от 0005 до : 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, взвешенное в водной фазе (м/в), либо воду, взвешенную в масле (в/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 неионными (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-липофильных различий (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, поскольку «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.

  Компания 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 горячая 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, которыми эмульсии или эмульгаторы могут помочь снизить содержание жира в 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. 0135 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».

  Средства личной гигиены

  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 делать 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 «м/в». 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 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 понимать 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.