Tänään 1. Emulsiot 2. Projetityötupa

Samankaltaiset tiedostot
L6 Neste-neste rajapinnat: Emulsiot

CHEM-C2230 Pintakemia Barnes & Gentle: luku 8 L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

CHEM-C2230 Pintakemia L12 Yhteenveto

CHEM-C2230 Pintakemia L11 Pintakemia teollisissa prosesseissa - yhteenveto

782630S Pintakemia I, 3 op

CHEM-C2230 Pintakemia

CHEM-C2230 Pintakemia. Prof. Monika Österberg

Päivän teemat. 1) Käsittelemättä jääneet asiat ensimmäiseltä luennolta. 2) Kotitehtävä 3) Adsorptio ja pintojen termodynamiikka

Adsorptio ja pintojen termodynamiikka

CHEM-C2230 Pintakemia Barnes & Gentle: luku 4 L4 Pinta-aktiiviset aineet ja niiden adsorptio

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Puhtaat aineet ja seokset

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

2. Pintajännitys ja kostutus

L10 Polyelektrolyytit pinnalla

Palautus yhtenä tiedostona PDF-muodossa viimeistään torstaina

Henkilötunnus - Biokemian/bioteknologian valintakoe. Sukunimi Etunimet Tehtävä 1 Pisteet / 20

4. Pinta-aktiiviset aineet ja niiden adsorptio

VESI JA VESILIUOKSET

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Vaahdot elintarvikkeiden kemiassa valkuaisvaahto

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Pulmallinen päivä apteekin lääkevalmistajana

PINTA-AKTIIVISET AINEET

kemiallisesti puhdas vesi : tislattua vettä käytetään mm. höyrysilitysraudoissa (saostumien ehkäisy)

Faasialueiden nimeäminen/tunnistaminen (eutek1sessa) tasapainopiirroksessa yleises1

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

4. Pinta-aktiiviset aineet ja niiden adsorptio

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Copyright Lasse Lundqvist Oy 2008, Sosa-tuotteet saat Annostus Käyttö Sopivuus Tuotteet

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Atomi. Aineen perusyksikkö

ENTSYYMIKATA- LYYSIN PERUSTEET (dos. Tuomas Haltia)

Tikkurila-opisto Rakennusmaalauksen suunnittelu. Vanhojen maalipintojen analysoinnista Tutkimuspäällikkö Jukka Järvinen

Pakastekakut. Juhlasesonkeihin

(b) Tunnista a-kohdassa saadusta riippuvuudesta virtausmekaniikassa yleisesti käytössä olevat dimensiottomat parametrit.

L8 Pintavoimat, kolloidaalinen stabiliteetti ja partikkelikoko

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Tehtävä 1. Valitse seuraavista vaihtoehdoista oikea ja merkitse kirjain alla olevaan taulukkoon

Kiteet kimpaleiksi (Veli-Matti Ikävalko)

Heikot sidokset voimakkuusjärjestyksessä: -Sidos poolinen, kun el.neg.ero on 0,5-1,7. -Poolisuus merkitään osittaisvarauksilla

Dislokaatiot - pikauusinta

Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin

781611S KIINTEÄN OLOMUODON KEMIA (4 op)

L5 Monokerrokset ja ohutkalvojen valmistus ja käyttö


Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

3Työ. 3.1 Yleinen määritelmä

Liukeneminen

Lämpöopin pääsäännöt

CHEM-C2400 Sidoksesta Rakenteeseen. Ville Jokinen, Sami Lipponen, Orlando Rojas

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Biopolttoaineet, niiden ominaisuudet ja käyttäytyminen maaperässä

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

CHEM-C2230 Pintakemia Barnes & Gentle: luku 5 L5 Monokerrokset ja ohutkalvojen valmistus ja käyttö

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

AKD-LIIMAN PARTIKKELIKOKOJAKAUMAAN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT

KEMS448 Fysikaalisen kemian syventävät harjoitustyöt

Kemiaa keittiössä Maarit Makkonen & Maija Aksela Kemian opetuksen keskus Kemian laitos Helsingin yliopisto 2006

Amelie Majorin. Sähköiset menetelmät teknisten rasvojen puhdistukseen

WIENERIT JA KAHVILEIVÄT:

Hollandaise-kastike vanhojen ja uusien valmistusmenetelmien kemia

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Stanislav Rusak CASIMIRIN ILMIÖ

Ultrasil 73. Kuvaus. Ominaisuudet. Käyttö. Hapan, pinta-aktiivisia aineita sisältävä nestemäinen membraanien pesuaine

L8 Pintavoimat, kolloidaalinen stabiliteetti ja partikkelikoko

Seokset ja liuokset. 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen

Johdanto laskennalliseen termodynamiikkaan ja mikroluokkaharjoituksiin

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

5.1 Vesi ja vesiliuokset water and water solutions. Vesi on elämän edellytys, ilman sitä ei voi olla elämää (vettä marsissa?) no life without water

PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1) (5 op)

Pakasteleivokset. Kahvihetkiin

KOHDERYHMÄ: Työ voidaan tehdä kaikenikäisien kanssa. Teorian laajuus riippuu ryhmän tasosta/iästä.

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

LUONNONMATERIAALIT/POLYMEE- RIT PUOLIVALMISTEET

ALKOHOLIPITOISUUDEN MÄÄRITYS OLUESTA KAASUKROMATOGRAFIL- LA

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Vedestä ja 1,2-dikloorietaanista muodostetun mikroemulsion polarisoiminen

METALLIN TYÖSTÖNESTEET. SAVONIA-AMMATTIKORKEAKOULU LEIKKO-PROJEKTI Kuopio /Petri Paganus

(l) B. A(l) + B(l) (s) B. B(s)

Seosten erotusmenetelmiä

Peruskoulu (demonstraatio) / lukio (demonstraatio, oppilastyö ja mallinnus)

Rakennesuunnittelu. Materiaali. Kudotut rakenteet. Komposiitit ALM. Functionally graded. Vaahdot

Aktiiviklooria sisältävä nestemäinen, emäksinen vaahtopesu- ja desinfiointiaine elintarviketeollisuudelle

W el = W = 1 2 kx2 1

KEHITTÄMISTUTKIMUS: RELEVANTTI TUTKIMUKSELLINEN JA KOKEELLINEN OPISKELU LÄÄKEKEMIAN KONTEKSTISSA

Konventionaalisessa lämpövoimaprosessissa muunnetaan polttoaineeseen sitoutunut kemiallinen energia lämpö/sähköenergiaksi höyryprosessin avulla

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

WIENERIT JA KAHVILEIVÄT: RUOTSINWIENER

Transkriptio:

Tänään 1. Emulsiot 2. Projetityötupa 1

CHEMC2230 Pintakemia Barnes & Gentle: luku 6 L6 Neste nesterajapinnat: Emulsiot Prof. Monika Österberg

Mitä yhdistää näitä tuotteita? maito voi majoneesi Ne ovat emulsioita maali kosmetiikka lääkkeet asfaltti

Oppimistavoitteet Luennon jälkeen osaat: Selittää konseptit emulsio, emulgointiaine, kermottuminen ja emulsion hajoaminen Erottaa O/W ja W/Oemulsiot toisistaan Selittää misellin, emulsion ja mikroemulsion erot Luetella eri tapoja stabilisoida emulsioita ja osaat myös tarkemmin selittää steerisen ja sähköstaatisen stabiloinnin mekanismit Antaa esimerkkejä emulsioista Kertoa mikä yhdistää emulsion ja vaahdon 4

Sisältö Emulsiot Määritys O/W ja W/Oemulsiot Emulsioiden stabilointi Miten emulsioita muodostetaan ja niiden ominaisuudet Faasidiagrammit Mikroemulsiot Vaahdot 5

Emulsiot: määritys Emulsio on Kahden toisiinsa luonnostaan sekoittumattoman nesteen seos Termodynaamisesti epästabiili Kolloidi Koostuu dispergoituneesta faasista (nestepisarat), jotka ovat dispergoituneet jatkuvaan faasiin (toinen neste) Onko vedellä laimennettu viskipaukku emulsio? Entä samppanja? Maito? 6

Emulsiot: O/W ja W/O Emulsio muodostuu poolisesta nesteestä (usein vesi) ja poolittomasta nesteestä (öljy), joka ei liukene pooliseen nesteeseen vesi öljy öljy vesi Öljyvesi (oil in water, O/W) emulsio Vesiöljy (water in oil, W/O) emulsio 7

Kokojakauma Monodispersiivinen emulsio Polydispersiivinen emulsio N N Halkaisija Halkaisija N = tietyn kokoisten pisaroiden määrä Mittausmenetelmät: valonsironta (luento 8) 8

Tavalliset makroemulsiot ovat termodynaamisesti epästabiileja Hajoavat nopeasti eri faaseiksi miksi? Pintajännitys veden ja öljyn välillä olevassa rajapinnassa on korkea Pisarat kasvavat nopeasti minimoidakseen rajapintaa ja siten energiaa Emulsio hajoaa Tarvitaan kolmas komponentti stabiloimaan systeemiä: emulgointiaine 9

Mailman suosituin emulsio (?) Sisältää: Kermaa, maitoa, sokeria, Lisätään kananmunan keltuaista stabiloimaan emulsiota. Lesitiini toimii emulgointiaineena. Wikipedia Toinen esimerkki: majoneesi 10

Miten emulsiota stabiloidaan? I Lisätään emulgointiainetta adsorboituu vesi öljyrajapintaan Emulsion muodostukseen ja stabilointiin voidaan käyttää pintaaktiivisia aineita, muita amfifiilisia molekyylejä, proteiineja, polymeerejä ja nanopartikkeleita. Miten pintaaktiivinen aine adsorboituu rajapintaan alla olevissa emulsiotyypeissä? vesi öljy vesi öljy vesi öljy vesi öljy 11

Miten emulsiota stabiloidaan? II Veden virtaus Stabilointimekanismeja: Rajapinnan pintajännityksen pienentäminen Sähköstaattinen repulsio Steerinen repulsio öljy öljy Marangonieffekti: johtuu pintajännitysgradientista Barnes&Gentle, 2005, s.125 12

Sähköstaattinen repulsio surface potential, Φ 0 specific adsorption, stern layer Sama periaate pisaralle kuin kiinteälle partikkelille diffuse layer On herkkä suolapitoisuudelle Toimii paremmin (vain) O/Wemulsioiden stabilointiin Syvällisemmin 8. luennolla 13

Voimien tasapaino Kokonaisvoima = attraktiivinen van der Waals voima sähköstaattinen repulsio F tot = F van der Waals F electrostatic (F = force) Riippuu: etäisyydestä suolapitoisuudesta varauksesta 15

Steerinen stabilointi Amfifiiliset polymeerit Kiinteä partikkeli Pisara Entropiaeffekti: Vähemmän konformaatiovapausasteita kun pisarat/partikkelit lähestyvät toisiaan 16

Pickering emulsio = Partikkeleilla stabiloitu emulsio Mekanismi: Steerinen stabilointi vähentää vedenpoistoa pisaroiden välistä Partikkelit: Epäorgaaniset: (hydrofoboitu) SiO2 Luonnonpartikeleita: ligniini, celluloosa, kitiini, proteiinit Käyttö: Vaahdot eristematerialit, kevyet huokoiset materiaalit, Kitosaani nanopartikkeleita vesi/öljy rajapinnassa (konfokaali mikroskopia) Bakteeriselluloosa rajapinnassa polymeroidun styreenin ja veden välillä (pyyhkäisy elektronimikrosko pia) Lam et al Current Opinion in Colloid & Interface Science 19 (2014) 490 500 17

Kertaus: Miten stabiloidaan emulsioita? 1. Tärkein mekanismi: 2. Muita menetelmiä: 1... 2... 3. 1. Pintajännityksen alentaminen, käytetään pintaaktiivisia aineita 2. Pintajännityksen alentamisen lisäksi myös: 1. Sähköstaattinen stabilointi, pintaaktiivinen aine, joka on myös varautunut 2. Steerinen stabilointi joko amfifiilisen polymeerin avulla tai partikkeleiden avulla (pickering emulsion) 18

Emulsion stabiliteetti ja hajoaminen Flokkulointi Kermottuminen Emulsio Huomaa ero Mihin kermottumista voidaan käyttää? Barnes & Gentle s.124 Pisaroiden yhteenkasvaminen Hajoaminen 19

Miten emulsioita valmistetaan? Mekaaninen dispergointi Vesi öljy emulgointiaine voimakas sekoitus Kondensaatio Liuotetaan öljy etanoliin ja lisätään veteen. Etanoli liukenee veteen ja öljypisarat jäävät. Water emulsifier Oil ethanol 20

Emulsion ominaisuuksiin vaikuttavia parametreja Öljy vesitilavuussuhde Öljyn ominaisuudet Emulgointiaineen ominaisuudet Suola, lämpötila Valmistusmenetelmä 21

O/W ja W/Oemulsiot O/W ja W/Oemulsioiden viskositeetti ja johtokyky eroavat. Johtokyky: O/W > W/O Viskositeetti: O/W < W/O Inversio: muutos yhdestä emulsiotyypistä toiseen

Muodostuuko O/W vai W/Oemulsio? Winsorin suhde: RR = EE LLLL EE HHHH E LO = Vuorovaikutusenergia lipofiilisen (L) hännän ja öljyfaasin (O) välillä E HW = Hydrofiilisen pään (head=h) ja veden (water=w) välinen vuorovaikutusenergia ELO (L) R < 1 O/Wemulsio (Winsor I emulsio) Water Oil EHW (H) R > 1 W/Oemulsio (Winsor II emulsio) Oil Water 23

Johdatus faasidiagrammeihin Kronberg et al kappale 5 Kolmen komponentin seos: Mikä on kaikkien kompponenttien konsentraatio pisteessä p? A: 10%, B 60%, C:30% 24

R>1 Slide courtesy: Orlando Rojas 25

S Tehtävä 1: Mikä on faasin koostumus pisteessä A? Tehtävä 2: Mitkä ovat kahden faasin koostumukset tviivalla BC? A Tehtävä 3: Kuinka suuri osa kutakin faasia on kohdassa D? P=1 P=2 presemo.aalto.fi/ pintakemia W B D C O

S Tehtävä 1: Mikä on faasin koostumus pisteessä A? Tehtävä 2: Mitkä ovat kahden faasin koostumukset tviivalla BC? W: 30 % S: 60 % O: 10 % A Tehtävä 3: Kuinka suuri osa kutakin faasia on kohdassa D? P=1 presemo.aalto.fi/ pintakemia W: 75 % S: 10 % O: 15 % W B 60 % P=2 D 40 % C W: 15 % S: 15 % O: 70 % O

Muodostuuko O/W vai W/Oemulsio? HydrophilicLipophilic Balance (HLB) (L) (H) Myös lipofiilisen hännän (L) ja hydrofiilisen pään (H) kokosuhde vaikuttaa emulsion muotoon 28

Mikroemulsiot Termodynaamisesti stabiileja Muodostuvat spontaanisti sekoittaessa öljy, vesi ja emulgointiaine Tarvitaan usein enemmän kuin kahta komponenttia (surfactant cosurfactant) Emulsio Mikroemulsio Mikroemulsiot ovat kirkkaita kun taas normaalit emulsiot ovat maitomaisia Miksi? Pisaroiden koko: 1 60 nm Mitkä ovat misellin, mikroemulsion ja emulsion erot? 29

Muita emulsiotyyppejä vesi öljy 1 öljy 2 vesi öljy 2 öljy 1 Biemulsio: kaksi eri öljyfaasia vedessä O/W/Oemulsio 30

Vaahto I neste kaasu vaahto kaasu neste Vaahto on dispersio, jonka jatkuva faasi on neste (tai kiinteä aine) ja dispergoitunut aine on kaasu 31

Vaahto II Vaahdot ovat termodynaamisesti epästabiileja Vaahdot eivät muodostu puhtaissa nesteissä Pintajännitys rajapinnassa korkea Energian minimointi: vähennetään rajapinnan pintaalaa Kaasukuplat kasvavat yhteen (coalescence) Vaahto hajoaa Coalescence: 32

Vaahto III Molekyylit, jotka adsorboituvat neste kaasurajapintaan, stabiloivat vaahtoa. Esim. pintaaktiiviset aineet, proteiinit, amfifiiliset polymeerit ja hydrofobiset nanopartikkelit stabiloivat vaahtoa. Saippuakalvo 33

Vaahdon muodostus Sekoitus, ravistus Kaasun injektointi, kaasukuplan puhallus Mineraalien flotaatio 34

Vaahdon muodostus esimerkkejä Kaasun vapautuminen tai muodostus Turbulentti ohuen nestesuihkun sekoitus kaasun kanssa 35

Osaatko? Selittää konseptit emulsio, emulgointiaine, kermottuminen ja emulsion hajoaminen Erottaa O/W ja W/Oemulsiot toisistaan Selittää misellin, emulsion ja mikroemulsion erot Luetella eri tapoja stabilisoida emulsioita ja osaat myös tarkemmin selittää steerisen ja sähköstaatisen stabiloinnin mekanismit Antaa esimerkkejä emulsioista Kertoa mikä yhdistää emulsion ja vaahdon 36

Yhteenveto Emulsio on kolloidi ja koostuu dispergoituneesta faasista (nestepisarat) jotka ovat dispergoituneet jatkuvaan faasiin (toinen neste) Emulgointiainetta käytetään emulsion stabilointiin, se adsorboituu neste nesterajapintaan vähentäen pintajännitystä Pintaaktiiviset aineet, proteiinit, polymeerit, nanopartikkelit Steerinen ja elektrostaattinen stabilointi vesi öljy vesi öljy O/Wemulsio W/Oemulsio öljy vesi vesi öljy 37

Emulsion stabiliteetti ja hajoaminen Flokkulointi Kermottuminen Emulsio Pisaroiden yhteenkasvaminen Hajoaminen 38

Kirjallisuus Interfacial Science: An Introduction, Barnes & Gentle Luku 6 Foundations of Colloid Science, Hunter (Kolloidisten dispersioiden valmistaminen 1.4.1), Emulsiot 1.4.4, Stabilointi 1.6, Koaguloinnista 1.6.2, Steerinen stabilointi 1.7.1 Surface chemistry of surfactants and polymers, Kronberg & Holmberg & Lindman Luvusta 24 sivut 431432 ja 441 Luku 5 faasidiagrammeista Faasidiagrammeista myös täällä 40

Projektityön ensimmäinen palautus Yes/No: Yes= ei asiavieheitä voitte tulostaa posterin 41

Posteritulostus (tarkemmat oheet tulossa MyCourseen) Lisäohjeita posteritulostukseen. Käykää täyttämässä Unigrafian tilauslomakkeen: https://shop.unigrafia.fi/painotuotteet/ Huomatkaa seuraavat asiat: Koko A1, mattapaperi 140 g, ei laminointia, noudatte itse, ei kuljetusputkea Tiedosto pdfmuodossa. Kun olette ladanneet posteritiedoston pdf muodossa: Painakaa lisää ostoskoriin. Seuraavalla sivulla klikkaa mene kassalle. Asiakastiedot sivulla on alakulmassa vaihtoehtona Maksa paytrailin kautta tai Laskutus. Klikatkaa laskutus. Muistakaa vielä muuttaa toimitus nouto Otaniemi eikä nouto Pitäjänmäki. Sen jälkeen alla oleva tieto löytänee oikeat paikat. 42