Fe3O4納米顆粒穩(wěn)定的磁性Pickering乳液的制備與穩(wěn)定性研究.pdf

1、Pickering乳液是一種由固體顆粒代替?zhèn)鹘y(tǒng)有機(jī)表面活性劑穩(wěn)定乳液體系的新型乳液。與傳統(tǒng)乳液相比，Pickering乳液具有強(qiáng)界面穩(wěn)定性、減少泡沫出現(xiàn)、可再生、低毒、低成本等優(yōu)勢(shì)，在化妝品、食品、制藥、石油和廢水處理等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以Fe3O4磁性納米顆粒作為乳化劑和穩(wěn)定劑構(gòu)筑油水相界面，制備磁性功能化 Pickering乳液，并研究了磁性納米粒子的表面改性與濃度、油相的極性和油水相體積比對(duì)磁性 Pickering乳液的

2、穩(wěn)定性、組成、類(lèi)型和微觀形態(tài)的影響，總結(jié)了Fe3O4納米顆粒穩(wěn)定的磁性 Pickering乳液制備的關(guān)鍵技術(shù)和穩(wěn)定性的影響因素與控制方法。我們相信此項(xiàng)工作對(duì)磁性等功能化Pickering乳液的設(shè)計(jì)、制備與研究和功能性納米粒子的界面自組裝、功能性空心球和納米膠囊等新材料的制備技術(shù)的研究都具有重要的科學(xué)價(jià)值和意義。
　　首先，設(shè)計(jì)了Fe3O4納米顆粒在油水界面接觸角的表征和分析方法。三相接觸角θOW是 Pickering乳液穩(wěn)定性和類(lèi)

3、型的關(guān)鍵影響因素，但是對(duì)于脆性顆粒很難表征。此處設(shè)計(jì)的方法為：先通過(guò)楊氏方程得到三相接觸角θOW與一般接觸角θO、θW（空氣-油界面接觸角、空氣-水界面接觸角，易測(cè)定）的關(guān)系，然后通過(guò)Washburn滲透法測(cè)定θO、θW，再通過(guò)計(jì)算得到相對(duì)三相接觸角θOW。通過(guò)對(duì)Fe3O4納米顆粒在水和四種油相（非極性的十二烷、弱極性的10mPas二甲基硅油、強(qiáng)極性的丁酸丁酯和癸醇）界面的相對(duì)三相接觸角測(cè)定發(fā)現(xiàn)：Fe3O4納米顆粒在十二烷-水界面的三相

4、接觸角最接近于90°，而丁酸丁酯-水界面和癸醇-水界面的三相接觸角遠(yuǎn)低于90°。由此可知，F(xiàn)e3O4納米顆粒易于穩(wěn)定非極性油十二烷的乳液，不易于穩(wěn)定強(qiáng)極性油丁酸丁酯和癸醇的乳液。
　　鑒于以上結(jié)果，以Fe3O4納米顆粒為乳化劑制備不同油相的Pickering乳液，并研究顆粒濃度、油相的極性和油水相體積比對(duì)乳液穩(wěn)定性、組成、類(lèi)型和微觀形態(tài)的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4納米顆粒能很好地穩(wěn)定十二烷/水乳液、10mPas二甲基硅油/水乳液，

5、但不能穩(wěn)定油相為丁酸丁酯和癸醇的乳液。乳液制備后需要一定時(shí)間（大約511分鐘）達(dá)到穩(wěn)定。隨加入油相體積分?jǐn)?shù)的增加，穩(wěn)定后的乳液分?jǐn)?shù)增大，乳液中固體顆粒含量降低，乳液液滴平均尺寸增加。Fe3O4納米顆粒分散液的濃度對(duì)乳液穩(wěn)定性沒(méi)有明顯影響，但當(dāng)顆粒濃度大于0.75wt.％時(shí)，乳液液滴平均尺寸減小。
　　為了使Fe3O4納米顆粒能夠穩(wěn)定極性油相（丁酸丁酯）的乳液，采用羧酸（乙酸、戊酸、辛酸、癸酸）和硅烷偶聯(lián)劑（RSi(OC2H5)3,

6、 R=乙基、異丁基、辛基）對(duì)Fe3O4納米顆粒表面進(jìn)行改性以增強(qiáng)顆粒的疏水性，并研究了Fe3O4納米顆粒的表面改性對(duì)制備的非極性油相（十二烷）乳液和極性油相（丁酸丁酯）乳液的穩(wěn)定性、組成、類(lèi)型和微觀形態(tài)的影響。硅烷偶聯(lián)劑更能有效地改性Fe3O4納米顆粒，盡管硅烷偶聯(lián)劑的投料量只有羧酸的1/6，硅烷偶聯(lián)劑改性的Fe3O4納米顆粒表面包覆的烷基數(shù)卻高于羧酸改性的Fe3O4納米顆粒。單層羧酸和硅烷偶聯(lián)劑對(duì)顆粒表面的包覆可提升Fe3O4納米顆粒

7、的疏水性，改性劑烷基鏈長(zhǎng)度的增加和顆粒表面包覆率的提高可進(jìn)一步增強(qiáng)顆粒的疏水性。與Fe3O4納米顆粒相似，羧酸改性 Fe3O4納米顆粒不能穩(wěn)定丁酸丁酯-水乳液，可以穩(wěn)定十二烷-水乳液，但當(dāng)羧酸烷基鏈較長(zhǎng)（癸酸）或顆粒表面烷基鏈含量較高（合成時(shí)羧酸與顆粒加入量的比為0.09mol/g）時(shí)十二烷-水乳液穩(wěn)定性降低，穩(wěn)定后的乳液分?jǐn)?shù)降低。硅烷偶聯(lián)劑改性 Fe3O4納米顆粒可獲得較高的十二烷-水乳液的乳液分?jǐn)?shù)，并且當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑的烷基為異丁基和辛