粘土颗粒与表面活性剂在油水界面的相互作用及其共同稳定的乳液

摘要

乳液是一种或几种液体以液滴的形式分散在另一种与之不相溶的液体中形成的胶体分散体系，在许多行业有着广泛的应用。人们对表面活性剂稳定的乳液有着长久的研究和深入的认识。近些年来，颗粒稳定的乳液也被人们进行了广泛的研究，并得到了系统的认识。但是许多种颗粒由于其亲水性或者疏水性太强而不能够吸附在油水界面，这就需要对其进行改性。在许多种改变颗粒的润湿性的方法中，最简便和常用的方法为通过两亲性分子吸附在颗粒的表面来改变颗粒的润湿性。事实上，在实际应用中的很多乳液往往既含有表面活性剂又含有固体颗粒，即乳液是由表面活性剂和固体颗粒两类乳化剂共同稳定的。因此，对表面活性剂和固体颗粒在油水界面的相互作用和乳液的稳定机理进行研究有着重要的理论和实际应用价值。近年来人们对表面活性剂和固体颗粒共存的体系进行了较多的研究，对表面活性剂和颗粒在油水界面的协同与竞争作用有了一定的认识，但是对二者在油水界面的相互作用及其对乳液的相关性质的影响的认识仍旧不够透彻。
　　基于以上背景，本文以自然界广泛存在并有代表性的粘土颗粒作为研究对象，系统的研究了粘土颗粒与非离子和阳离子表面活性剂在油水界面的相互作用以及二者共同稳定的乳液的相关性质。重点考察了水相中的颗粒浓度、离子强度对粘土颗粒和非离子表面活性剂共同稳定的乳液的性质的影响，阳离子表面活性剂与粘土颗粒在油水界面的相互作用及其稳定的乳液。本文的主要内容具体包括以下几部分:
　　1.粘土颗粒浓度对油溶性表面活性剂稳定的乳液的影响
　　在以前的工作中我们发现，对于锂皂石和失水山梨醇脂肪酸酯(Span80)共同稳定的乳液，固定水相中锂皂石的浓度，在很大浓度范围内改变油相中Span80的浓度，乳液始终为水包油型。这里我们分别研究了水相中的锂皂石和蒙脱土颗粒的浓度的变化对乳液相关性质的影响。固定液体石蜡中表面活性剂Span80的浓度，逐渐增加水相中粘土颗粒（锂皂石和蒙脱土）的浓度，制备了一系列油水体积比为1∶1的乳液。发现当体系中粘土浓度较低时，制备出的乳液为水包油型，我们认为这是由于亲水性的粘土颗粒吸附在油水界面，并对乳液的类型起主导作用。但是随着水相中粘土颗粒浓度的增加，乳液转变为油包水型。这与亲水性颗粒倾向于稳定水包油乳液的理论相抵触。为了找出在粘土浓度较高时乳液转变为油包水型的原因，我们系统的考察了乳液的稳定性和乳液滴的粒径，发现制备得到的油包水乳液滴的粒径要比水包油乳液滴的粒径小很多。通过激光荧光共聚焦显微镜观察了粘土颗粒在乳液滴表面的吸附情况，发现在水包油乳液滴的表面存在着颗粒聚集，而对于油包水乳液，颗粒主要分布在内相中。结合测定的不同浓度的粘土分散体系的流变学性质，我们认为粘土颗粒浓度较高时，一方面颗粒形成凝胶结构，抑制了乳化过程中颗粒在油水界面的吸附;另一方面，我们认为是由于凝胶状态的水相在乳化剪切时易被破碎成为分散相，因而乳液在粘土浓度较高时转变为油包水型乳液。最后，我们测定的这些乳液的粘度，发现对于水包油型乳液，其粘度随颗粒浓度的增加而增加;而对于油包水型乳液，其粘度基本不受颗粒浓度的影响，其粘度与Span80单独稳定的乳液相近。
　　2.盐浓度对锂皂石和Span80共同稳定的乳液的影响
　　本文第三章研究了氯化钠的浓度对亲水性锂皂石颗粒和油溶性表面活性剂Span80共同稳定的石蜡油/水体积比为1∶1的乳液的影响，首次报道了由改变体系的盐浓度而引发的乳液的双重相反转。在这里我们固定水相中的锂皂石的浓度(1.0wt％)和油相中的Span80的浓度，只改变水相中的氯化钠的浓度，当水相中盐浓度较低的时候，颗粒为分散状态，制备得到的乳液为颗粒和表面活性剂共同稳定的水包油型乳液;适度提高盐浓度时，颗粒为凝胶状态，得到的乳液为主要由表面活性剂稳定的油包水型乳液;当盐浓度较高时，颗粒为絮凝状态，制备出水包油型乳液。通过分析锂皂石分散体系的相图和测定其流变学性质，我们认为乳液的双重相反转是由于锂皂石分散体系的状态的改变引起的。当水相中的盐浓度适中时，锂皂石分散体系为凝胶状态，在乳化过程中锂皂石向油水界面的扩散受到抑制，从而乳液主要由亲油的表面活性剂来稳定，得到油包水乳液。为了证实这一机理，我们通过激光荧光共聚焦显微镜和低温电子透射显微镜观察了颗粒在不同类型的乳液滴表面的吸附。发现有大量颗粒吸附在水包油型乳液滴的表面，而对于油包水型乳液，没有观察到颗粒在油水界面的富集。为了进一步证实乳液的这种相反转是由于凝胶结构抑制颗粒向油水界面的迁移引起的，我们测定了不同盐浓度时锂皂石分散体系的粘度，证实了凝胶结构的存在。我们还采用超声乳化的方式制备了乳液，由于超声乳化输出的能量较乳化机的要高，可将锂皂石的凝胶结构在乳化时破坏，从而颗粒可以吸附到油水界面，所以制备出的乳液全部为水包油型。
　　3.阳离子型表面活性剂和粘土共同稳定的乳液
　　本文第四章研究了蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）共同稳定的乳液。分别测定了蒙脱土和阳离子表面活性剂CTAB分散体系的表面张力、颗粒的zeta电势以及体系的沉降稳定性。对于蒙脱土和CTAB体系，由于CTAB在蒙脱土上的吸附，体系中CTAB的有效浓度减小，因而当CTAB在蒙脱土上达到饱和吸附之前，该体系的表面张力要大于对应初始浓度的CTAB溶液的表面张力。由于CTAB在蒙脱土上的吸附，蒙脱土颗粒的zeta电势随着CTAB浓度的增加逐渐减小而后变为正值。体系的分散稳定性先随CTAB浓度的增加而降低，然后重新分散，这是由于表面活性剂在粘土颗粒上的吸附使颗粒疏水性增强，当形成双层吸附时，颗粒重新转变为亲水性。我们考察了CTAB浓度对蒙脱土稳定的乳液的影响，发现乳液的稳定性随着CTAB浓度的增加，乳液的稳定性提高，这是由于CTAB在颗粒上的吸附增强了颗粒的疏水性，促进其在油水界面吸附而引起的。随着CTAB浓度的进一步增加，颗粒的疏水性进一步增强，乳液转变为油包水型。再进一步增加CTAB的浓度，其在颗粒表面形成双层吸附，颗粒重新转变为亲水性，从而得到水包油型乳液。通过激光荧光共聚焦显微镜观察了蒙脱土在乳液滴表面的吸附情况。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究背景及立题意义

1．2 文献综述

1．2．1 乳液概述

1．2．2 Pickering乳状液的研究

1．2．3 颗粒和表面活性剂共同稳定的乳液

1．2．4 颗粒乳化剂的种类

1．3 本文主要研究内容

参考文献

第二章 颗粒浓度对颗粒和油溶性表面活性剂共同稳定的乳液的影响

2．1 引言

2．2 仪器和药品

2．2．1 主要仪器及设备

2．2．2 原料及试剂

2．3 实验方法

2．3．1 颗粒分散体系和Span 80油溶液的制备

2．3．2 乳液的制备与表征

2．3．3 分散体系和乳液的流变性的测定

2．4 结果与讨论

2．4．1 粘土颗粒单独稳定的乳液

2．4．2 粘土颗粒和Span 80共同稳定的乳液

2．4．3 对乳液的表征

2．4．4 乳液相反转机理研究

2．5 结论

参考文献

第三章 盐浓度对锂皂石颗粒和表面活性剂Span 80共同稳定的乳液的影响

3．1 引言

3．2 仪器和药品

3．2．1 主要仪器及设备

3．2．2 原料及试剂

3．3 实验方法

3．3．1 锂皂石颗粒分散体系和Span 80油溶液的制备

3．3．2 乳液的制备与表征

3．3．3 锂皂石分散体系流变性的测定

3．4 结果与讨论

3．4．1 盐浓度对锂皂石和Span 80单独稳定的乳液的影响

3．4．2 盐浓度对颗粒和表面活性剂共同稳定的乳液的影响

3．4．3 乳液的双重相反转机理研究

3．5 结论

参考文献

第四章 阳离子表面活性剂的浓度对粘土稳定的乳液的影响

4．1 引言

4．2 仪器和药品

4．2．1 主要仪器及设备

4．2．2 原料及试剂

4．3 实验方法

4．3．1 蒙脱土的提纯

4．3．2 蒙脱土和CTAB分散体系的制备

4．3．3 蒙脱土和CTAB分散体系的稳定性

4．3．4 颗粒zeta电位与分散体系pH值的测定

4．3．5 表面张力和接触角的测定

4．3．6 乳液的制备及表征

4．3．7 颗粒在乳液滴表面的吸附

4．4 结果与讨论

4．4．1 蒙脱土和CTAB分散体系的稳定性

4．4．2 CTAB在蒙脱土上的吸附

4．4．3 蒙脱土和阳离子表面活性剂共同稳定的乳液

4．5 结论

参考文献

第五章 本文的主要结论、创新点及不足

5．1 本文的主要结论

5．2 本文的创新点

5．3 本文的不足

致谢

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