HLB值的意義

每一個乳化劑(emulsifier)都會指定一個HLB值,這個值代表的意義在於告訴我們,究竟乳化劑是較傾向油溶性或水溶性。HLB值的範圍從1到30,低HLB值表油溶性高,高HLB值表水溶性高。乳化劑因為吸附在油-水介面與降低了介面張力而維持其安定。在一些例子中,電雙層(electrical double layer)會在介面間形成並且使分散的液滴安定。因為乳化劑在油與水之間形成了一個薄膜,所以水-乳化劑與油-乳化劑間的介面張力也十分重要。如果水-乳化劑間的張力比油-乳化劑間的張力更小,前者的表面積會變的更大而形成水包油的乳化(oil in water emulsion)(圖1)。同理,如果油與乳化劑間的介面張力比水與乳化劑間來的小,油的表面就會變大而最終會產生油包水的乳化現象(圖2)。乳化安定性與相對的介面張力有關或者也可視為乳化劑在兩相間分散性的一種必然結果(corollary)。常會使用一種以上的乳化劑來配製安定的乳化液;一種與水有較大的親合力,另一種則對油有較大的親合力。

(圖1:水包油乳化的顯微照片)(取自網路)

photomicrograph of water in oil emulsion

(圖2:油包水乳化的顯微照片)(取自網路)

photomicrograph of oil in water emulsion

潤滑油中的表面張力與介面張力

表面張力(Surface tension)與介面張力(interfacial tension)在潤滑油中有其角色存在。碳氫化合物一般有較低的表面張力且介於20-30 mN/m的範圍內。石蠟化合物(paraffinic compounds)有相對較低的表面張力,而芳香族化合物(aromatics)則有較高的表面張力。潤滑油的低表面張力低使得它們能夠易於附著並溼潤金屬的表面。因為水的表面張力較高,潤滑油因此能保護金屬使其免於受到水的影響而生銹或腐蝕。一些具表面活性的化合物被當作添加劑使用在潤滑油中藉以加入例如清潔性、分散性以及防鏽性等特定性質。清潔劑及分散劑都會聚集在油氣介面(oil air interface)或者極性微粒(polar particulate moiety)上,但這些不會大幅降低表面張力。一些潤滑油添加劑的表面張力和接觸角度都已經被量測出來了如表9.3所示。一些多核磺酸鹽(polynuclear sulphonate)的表面張力和介面張力數據已被發表出來而熱動力性質也已被計算求得。

surface tension and contact angle of lubricant base oil and additives

表面張力與接觸角度(contact angle)的數值較小會使得潤滑油有絕佳的溼潤性(wettability characteristics),而最終會直接影響到例如流體薄膜厚度(fluid film thickness)的潤滑油參數。然而,上述結果也指出基礎油的表面張力並不因為添加劑而會大幅降低。經觀察得知與一般引擎機油所用添加劑混合,表面張力最多只下降了1.7個單位而接觸角度也僅下降4度。而加入ZDDP或者過鹼的磺酸鹽(over based sulphonates)甚至也只是些微的增加表面張力而已。然而,這些與其他的添加劑混合會帶來協同效應使得表面張力及接觸角度減小,因為使得相互作用力降低了。