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。
【作者】张敬春；
【导师】孙德军；
【作者基本信息】山东大学，胶体与界面化学，2014，博士
【关键词】粘土颗粒；表面活性剂；Pickering乳液；

【参考文献】
[1]宿东泽.对赌协议的相关法律问题研究[D].首都经济贸易大学,经济法,2013,硕士.
[2]赖祺.车身控制器设计及功率芯片热仿真方法研究[D].哈尔滨工业大学,控制工程,2013,硕士.
[3]魏玉勇.潍坊广播电视大学教学资源信息管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[4]陈奇.基于超快能量转移的聚合物双光子激光器[D].南京大学,光学工程（专业学位）,2013,硕士.
[5]张伯寅.上市公司IPO绩效变化影响因素实证研究[D].沈阳理工大学,会计学,2013,硕士.
[6]苑克晶.他克莫司治疗狼疮性肾炎的系统评价[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[7]朱晨.中职升格高职后教师角色的个案研究[D].华东师范大学,职业技术教育学,2013,硕士.
[8]平金来.山东省中小学武术健身养成教育研究[D].曲阜师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[9]廉永康.基于USB的虚拟示波器设计[D].太原理工大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[10]王宝磊.基于双目视觉反馈伺服的非完整移动机器人跟踪技术研究[D].上海理工大学,控制理论与控制工程,2012,硕士.
[11]韩金澎.中国当代法官职业思维探析[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[12]王康如.农村土地股份合作社的运行机制及构建研究[D].河南农业大学,农业经济管理,2012,硕士.
[13]王玲,穆志纯,郭辉.支持向量回归的一种网络优化策略[J].控制与决策,2006,07:837-840.
[14]王东,王玉金.碳化锆陶瓷复合材料的制备、显微组织与性能[J].无机材料学报,2015,05:.
[15]战睿.基于TRIZ理论的潜油减速器传动比取值范围研究[D].沈阳工业大学,机械工程,2012,硕士.
[16]张西栓.基于BP网的关联分析及其在经济管理中的应用[D].辽宁工程技术大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[17]董谦.农业合作化时期农民家计研究（1952-1957）[D].华东师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[18]孙圣钧.企业知识创新功效的提升对策研究[D].沈阳师范大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[19]王二飞.无线传感器网络MAC层CSMA/CA机制的研究[D].北京邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[20]马一杏.我国传媒八卦现象研究[D].南京大学,新闻学,2013,硕士.
[21]王东方,孔晓华.电力线上网还有多远?[J].中国计算机用户.2002(29)
[22]马楠草.原型范畴理论在高职英语多义词教学中的应用[D].渤海大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[23]乔文祯.Partnering模式在少儿乒乓球启蒙训练中的应用研究[D].山东师范大学,体育（专业学位）,2013,硕士.
[24]臧玉琴.莱阳市义务教育阶段师资队伍均衡发展问题研究[D].内蒙古师范大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[25]石杨子.成兰铁路弃渣场生态修复技术方案初步研究[D].西南交通大学,环境工程,2014,硕士.
[26]关宏磊.英语经济语篇中上/下隐喻研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[27]陈素丽.基于C/S模式的辅助教学系统的研究与实现[D].大庆石油学院,计算机应用技术,2004,硕士.
[28]郝忠院.地铁隧道浅埋暗挖法施工预加固技术及其应用研究[D].西安科技大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[29]李臻.宋词网络传播初探[D].曲阜师范大学,中国古代文学,2013,硕士.
[30]蔡玲哲.苏里格气田M区块开发方案设计及优选[D].东北石油大学,油气田开发工程,2013,硕士.
[31]赵红艳.企业员工绩效考评体系研究[D].沈阳工业大学,企业管理,2004,硕士.
[32]袁涛.基于IEEE 802.11p的车载自组网MAC层关键技术研究[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[33]李蕙萱.建构主义观点下的中学数学建模教学研究与实践[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[34]何雄英.中子-γ密度测井及地层元素测井的蒙特卡罗模拟研究[D].兰州大学,粒子物理与原子核物理,2013,硕士.
[35]郭树梅.基于信托模式的企业年金管理系统的设计与实现[D].内蒙古大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[36]黄乐旭,陈远富,李萍剑,黄然,贺加瑞,王泽高,郝昕,刘竞博,张万里,李言荣.氧化石墨制备温度对石墨烯结构及其锂离子电池性能的影响[J].物理学报,2012,15:401-406.
[37]许颖颖.悬臂梁压电发电装置的结构设计与研究[D].扬州大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[38]郭力,张尧,胡金磊,李聪.恢复潮流可行解的优化控制策略[J].电力系统自动化,2007,16:24-28.
[39]任龙.几种蔷薇科植物挥发物对多毛小蠹虫化学通讯影响的研究[D].北京林业大学,森林保护学,2013,硕士.
[40]方一鸣,焦晓红,赵现朝,王益群.自校正PID控制在冷轧带钢厚控系统中的应用[J].冶金自动化,1999,04:30-33.
[41]BAIJINJIN.目的论视角下用户文档英译策略研究[D].西安外国语大学,翻译,2013,硕士.
[42]李东亮.mitoK_(ATP)通道在七氟烷后处理糖尿病脑缺血大鼠神经保护中的作用研究[D].山东大学,外科学（专业学位）,2014,博士.
[43]林新军.孙中山革命教育思想论[D].广西师范大学,中国近现代史,2003,硕士.
[44]周希.产融结合对产业结构升级的促进研究[D].华中科技大学,金融学,2012,硕士.
[45]鄢岚岚.孔子的自省意识与反思型教师的培养[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[46]王亚垒.电加热锅炉DCS系统的设计与实现[D].西安科技大学,模式识别与智能系统,2014,硕士.
[47]敖都布仁.传播学视阈下的《蒙古语卫视春晚》分析[D].内蒙古大学,新闻与传播,2014,硕士.
[48]赵慧玲,王立言,陈仁娣.网络与交换标准研究组工作总结[J].电信网技术.2001(04)
[49]罗刚.经尿道等离子电切术治疗67例大体积良性前列腺增生临床分析[D].华中科技大学,外科学,2013,硕士.
[50]乔晓芳,吴小俊,王士同,杨静宇.多尺度模糊加权角点检测新算法研究[J].控制与决策,2009,02:305-308+312.