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表面活性剂和油二元系溶液的异常流变性质点击：1650 日期：[ 2014-04-26 22:44:49 ] |
| 周震 李密丹 齐晓 王进(北京印刷学院印刷与包装工程系) 0 引言 Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液在许多领域有着广泛的应用,例如可以将其用作复杂生物结构的模型加以研究,也可以将微小水滴当成可控制尺度的纳米粒子反应器进行研究等等。在印刷行业中它也有很多应用,某些油墨如一体机印刷油墨,就是一种Ｗ/Ｏ乳液型油墨。Ｗ/Ｏ型乳液的制备有很大难度,不像Ｏ/Ｗ型乳液那样容易生成。通过实验人们发现,能形成Ｗ/Ｏ乳液或微乳液的油的种类很少,如22种油中只有4种能缔合成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。除此以外,也只能用表面活性剂的ＨＬＢ值粗略判断Ｗ/Ｏ型乳液能否生成,但这种判断常常出错。 本文将叙述一实验结果,通过该实验结果能够准确判断某种油能否被乳化而制备成Ｗ/Ｏ型乳液。表面活性剂和油的二元系溶液表现出的性质千变万化,它不像表面活性剂和水的溶液那样单一。但是,研究其性质的实验方法一般地却同于水溶液的。通过对表面活性剂和油的二元系溶液粘滞性质的研究,可探知油溶液内是否有反胶团结构生成以及结构大小等讯息。表面活性剂的油溶液可能在焓驱动下出现反胶团的溶液,即表面活性剂分子的亲水端聚集在一起构成胶核,亲油端指向油里,而形成聚集数不多的球状胶体粒子。这种反胶团是形成Ｗ/Ｏ乳液或微乳液的基础。利用反胶团形成可以判断Ｗ/Ｏ型乳液能否生成。反胶团又可以通过检测二元系溶液的粘度随表面活性剂浓度的变化来确定,因而找到了一种能够简单判断某种油能否制备出Ｗ/Ｏ乳液的方法。如果表面活性剂分子在油中形成反胶团,反胶团在溶液中便呈球状形态,其直径会大大超过表面活性剂分子的直径。由于这些分散粒子的存在,使得溶液粘滞系数将服从爱因斯坦公式: η=η0(1+2 5φ) φ<0 02 式中,η及η0分别为反胶团溶液及油的粘滞系数,φ为表面活性剂的体积分数。显然,反胶团溶液的粘滞系数将大于油的粘滞系数。在表面活性剂的体积分数大于0 02时,反胶团溶液粘滞系数呈非线性迅速增大,并大大超出上式的计算值。由于油和表面活性剂分子的空间相互阻碍及分子相互作用势的影响,表面活性剂分子可能呈游离状态分散在油中。此时的粘滞性质并不服从爱因斯坦公式而出现异常,这便可知反胶团没有生成。那么,此种油便是无法被乳化而形成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液的。这一结果对了解分子间的相互作用势等微观性质,也具有极大的帮助。 本文通过对几种表面活性剂和油混合而成的二元系溶液的粘度性质做了较系统的研究,发现有的油与表面活性剂的二元系溶液粘滞系数服从爱因斯坦公式规律,有的呈现异常。因而通过这个结果可以判断哪些油最终能否被乳化而制成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。本实验对二元系溶液的粘滞系数采用毛细管粘度计测量,计算公式如下: η=η0[(ρｔ)/(ρ0ｔ0)] 式中,η为欲测液体的粘滞系数(ｍＰａ·ｓ),ρ为欲测液体的密度(ｇ/ｃｍ3),ｔ为一定体积的欲测液体流经毛细管的时间(ｓ),η0为已知的标准液体的粘滞系数(ｍＰａ·ｓ),ρ0为标准液体的密度(ｇ/ｃｍ3),ｔ0为一定体积的标准液体流经毛细管的时间(ｓ)。 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 蓖麻油,环己烷(化学纯),正壬烷(以上为本实验所用的油),吐温—65,司盘—80,油酸(分析纯,为所用的表面活性剂)。毛细管粘度计(扬州红旗玻璃仪器厂出品);自制恒温水浴(可精确到±0 05℃);ＤＭＡ602密度计(奥地利产);秒表。 1.2 实验方法 用磁力加热搅拌器将不同油与不同表面活性剂按不同重量配比,均匀混合。表面活性剂的浓度百分比Ｃ按下式计算:Ｃ=ＷＳ/(ＷＯ+ＷＳ)式中,ＷＳ、ＷＯ分别代表表面活性剂和油的重量。混合后制成的样品静置3ｄ供测量。测量时先将毛细管粘度计放入恒温水浴,再注入样品溶液,恒温15ｍｉｎ后开始测量。油和表面活性剂二元系溶液的密度用密度计测量。在本实验中选择环己烷/油酸(ＨＬＢ=1),壬烷/司盘80,蓖麻油/司盘80(ＨＬＢ=4 3),蓖麻油/吐温65(ＨＬＢ=10 5)等4种不同配比的样品。测后通过计算所得的粘滞系数等数值列于表1～4中,并绘制出对应的曲线图。图中,横坐标表示表面活性剂在油溶液中的浓度Ｃ,纵坐标表示二元系溶液粘滞系数η值。利用图可以判断各样品的粘滞系数是否服从爱因斯坦公式。 2 结果与讨论 实验结果表明,表面活性剂与油二元系溶液的粘度性质呈现两种可能,它们分别对应着表面活性剂分子在油中的不同组合状态。从图1和图2可以看出,二元系溶液粘滞系数值随着表面活性剂浓度的增加而增大。当表面活性剂的体积分数很小时,溶液粘滞系数与表面活性剂浓度的关系基本满足爱因斯坦公式。这说明表面活性剂分子在油中形成了反胶团粒子,也就是形成结构。此时若再加水,水就能进入反胶团粒子内核,形成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。也就是该种油能被乳化成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。这一结果与文献记载相同。 从图3和图4可以看出,二元系溶液粘滞系数存在另一种可能性,即粘滞系数值随表面活性剂浓度增加而递减,至最小值后再递增。二元系溶液的粘滞系数的最小值甚至小于纯油或纯表面活性剂的粘滞系数。这说明此二元系溶液内无结构生成。这种异常现象,源于二元系溶液内分子间吸引力减小,排斥力增大,造成液体流动时内摩擦阻力减小。这时,若加水于该二元系溶液,由于无结构存在水无法溶入系统,那么该种油便无法被乳化成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。这一结果也与文献记载相同。 3 结论 采用测定表面活性剂和油二元系溶液粘滞系数的方法,可以确定某种油能否被乳化形成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。当表面活性剂在油中形成反胶团,二元系溶液粘滞系数值随表面活性剂浓度增大而增大,这种油可以形成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。当表面活性剂在油中没有形成反胶团,二元系溶液粘滞系数随表面活性剂浓度增大显现奇异特性,这种油不可能形成Ｗ/Ｏ型乳液或微乳液。实验结果与有关著作的论述一致。 |
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