不同類型表面活性劑和聚合物對O-W乳狀液穩(wěn)定性的調控作用.pdf

1、乳狀液是一種熱力學不穩(wěn)定體系，在醫(yī)藥、食品、化妝品、油漆、涂料、造紙以及石油工業(yè)等領域都有廣泛的應用，作為一種特殊類型的乳狀液，納米乳狀液具有粒徑小、分布范圍窄以及穩(wěn)定性好等特點，具有更加優(yōu)良的性質和應用前景。然而，目前對于納米乳狀液形成機理和穩(wěn)定性控制方面的認識還不夠，因此，關于納米乳狀液的制備和穩(wěn)定性調控已成為眾多研究人員十分感興趣的領域。本論文用液體石蠟作油相，以兩種非離子表面活性劑Span20與Tween20作混合乳化劑，用恒溫

2、反相乳化(EIP)法制備了石蠟/Span20-Tween20/水納米乳狀液，分別考察了制備過程中的相行為，以及混合乳化劑濃度、外加表面活性劑(CTAB、SDS)和聚合物(HEC、HMHEC)對納米乳狀液粒徑大小和穩(wěn)定性的影響，通過油水界面張力、Zeta電勢、表面壓以及界面流變測定，探討納米乳狀液的穩(wěn)定機理；并用界面擴張流變方法研究HPAM和CTAB在界面的聚集行為，最后，考察CTAB在油田含油廢水處理中的應用。論文共分以下六部分內容。

3、 在論文的第一部分首先概述了乳狀液穩(wěn)定性研究的重要意義，并綜述了關于乳狀液及納米乳狀液制備與穩(wěn)定性研究進展。 論文第二章結合電導率測量、偏光片和偏光顯微鏡觀察以及流變測量結果，研究了納米乳狀液形成過程中的相行為，通過粒徑、Zeta電勢、靜置拍照和離心脫水率測量，考察了乳化劑濃度對納米乳狀液穩(wěn)定性影響；此外，研究了溫度和外加電解質對穩(wěn)定性的影響，以探討納米乳狀液的主要穩(wěn)定機理，得出以下結論：(1)在納米乳狀液制備過程中，隨著

4、加入水量的增加，體系先后出現(xiàn)油包水微乳液、層狀液晶或雙連續(xù)相等多種相態(tài)，最終形成具有較高動力學穩(wěn)定性的水包油納米乳狀液； (2)乳化劑濃度對納米乳狀液的穩(wěn)定性影響顯著，當乳化劑濃度大于3 wt％時，納米乳狀液的靜置穩(wěn)定性較好，粒徑在35天時間內不發(fā)生顯著變化，說明奧氏熟化作用較弱；隨著乳化劑濃度增加，液滴粒徑逐漸減小，聚結穩(wěn)定性增強，納米乳狀液的抗溫能力增強，說明乳化劑吸附層的空間排斥作用隨著濃度的增加而增強。(3)結合Zeta電勢測量

5、結果可知，納米乳狀液的穩(wěn)定機理，既有乳化劑層的空間穩(wěn)定，又有液滴的靜電排斥作用，但是占主導地位的是空間穩(wěn)定作用。 在論文第三章中，分別用CTAB和SDS溶液作為水相制備納米乳狀液，考察不同帶電性質的外加表面活性劑對納米乳狀液穩(wěn)定性的影響，并通過界面張力、表面壓和界面擴張流變測量，探討CTAB和SDS對納米乳狀液穩(wěn)定性作用機理。結果表明， (1)CTAB和SDS都可以使納米乳狀液的液滴尺寸減小；CTAB促進油水界面膜的破壞，降低了

6、納米乳狀液的穩(wěn)定性，而SDS則可以提高其穩(wěn)定性。(2)結合界面張力和表面壓測定結果可知，納米乳狀液的油水界面吸附層主要由Span20和Tween20混合組成，少量存在的CTAB或SDS可以提高鋪展膜的擴張性，其中CTAB的作用更明顯，這主要是由于CTAB的疏水基比SDS的疏水基更大，在鋪展膜中所占分子面積較大造成的。(3)結合Zeta電勢與界面張力結果可知：SDS吸附在油水界面上，使液滴荷負電量增多，靜電斥力增加促進體系的穩(wěn)定，而吸附的

7、少量CTAB中和了液滴的部分表面負電荷，并可頂替部分非離子表面活性劑，使液滴間的靜電斥力減小，同時界面吸附層的空間穩(wěn)定作用也減弱，所以體系的穩(wěn)定性降低。(4)界面擴張流變研究發(fā)現(xiàn)，SDS和CTAB的加入都可降低界面擴張模量，說明二者的加入可以促進乳化，所得到的粒徑應該比不加入時的粒徑小，比較而言，加入CTAB的擴張模量比加入SDS時的擴張模量更小，因此，得到的納米乳狀液液滴尺寸應該小于加入SDS的，這與粒徑測量結果相符。本文第四章中，以

8、羥乙基纖維素(HEC)和疏水修飾產物(HMHEC)的水溶液作為水相制備納米乳狀液，考察兩種聚合物對乳液穩(wěn)定性和粒徑的影響，并通過界面張力和流變性測量，探討二者對納米乳狀液穩(wěn)定性的作用機理，得出以下結論：(1)兩種聚合物的加入都可以使納米乳狀液的聚結穩(wěn)定性提高，對HEC而言，當濃度超過一定值時(20 mg/L)，對穩(wěn)定性影響很小；而對于HMHEC而言，隨著濃度的增加，體系脫水率逐漸減小到極小值(0.2％左右)，說明納米乳狀液的聚結穩(wěn)定性顯

9、著提高。 (2)隨著聚合物濃度增加，液滴粒徑先減小而后增大，且在相同濃度時，加入HEC的納米乳狀液的粒徑小于加入HMHEC的。這與聚合物對界面膜強度和連續(xù)相粘度的影響有關，對具有一定表面活性的HMHEC而言，一方面降低油水界面張力，有助于使納米乳狀液粒徑減小；另一方面，它在油水界面上的吸附提高了界面膜的彎曲模量，不利于界面膜自發(fā)曲率的變化，同時提高水相粘度，也不利于液滴的剪切分散。而HEC在油水界面上的吸附量較少，因此，在油包水微乳液相

10、中，HEC主要分布在水核內，可以促進界面膜自發(fā)曲率的變化，所以同濃度下，加入HEC的納米乳狀液粒徑小于加入HMHEC的，同樣的，HEC的增粘作用也會使得粒徑逐漸增大。(3)流變學測定結果表明，HEC可以增加乳狀液的粘度，但是未表現(xiàn)出明顯的粘彈性質，表明體系中未形成網狀結構；當HMHEC濃度為500 mg/L與1000 mg/L時，體系表現(xiàn)出明顯的粘彈性特征，說明形成了網狀結構。(4)界面張力結果表明，HEC表面活性很低，它可以通過氫鍵作

11、用降低油水界面上Tween20的吸附量，而增加Span20的吸附量，HMHEC在油水界面上的吸附性較強，有助于形成具有較高強度的界面膜，這也是HMHEC使納米乳狀液穩(wěn)定的一個重要原因。在第五章中，利用界面擴張流變以及界面張力測量方法，研究HPAM與CTAB在油水界面上的聚集行為，考察了CTAB濃度與擴張頻率對界面粘彈性的影響，并對比了CTAB在不同界面上的擴張模量、吸附量及Gibbs彈性的區(qū)別。研究結果表明， (1)CTAB的擴張粘彈性

12、與CTAB濃度、擴張頻率及與HPAM在界面上的締合行為都有關系，即隨著CTAB濃度的增加，擴張模量逐漸減小，界面層的彈性行為增強；隨著擴張頻率的提高，其擴張模量逐漸增大，而相角逐漸減??；CTAB與HPAM在界面上形成締合物，增加了界面層的弛豫過程，從而提高了擴張模量。(2)通過不同界面上CTAB的吸附量和Gibbs彈性的對比發(fā)現(xiàn)，油水界面上CTAB的吸附量小于在氣液界面的，而Gibbs彈性比在氣液界面的要高，這是由于兩種界面的本質不同所

13、導致的，本文給出了CTAB吸附分子在不同界面受擾動后的變化示意圖。(3)對比Gibbs彈性與擴張模量，可以得出結論：Gibbs彈性主要表征吸附膜的平衡態(tài)性質，而擴張模量則反映了吸附膜的動態(tài)性質。 在第六章中，研究CTAB在油田含油廢水處理中的應用，考察了無機和有機絮凝劑(Al2(SO4)3和HPAM)對CTAB凈水效果的影響，并結合表面張力和Zeta電勢測量結果，探討CTAB的凈水機理，研究結果表明：(1)CTAB對含油廢水有較

14、強的凈化能力，Al2(SO4)3的加入可提高CTAB的凈水能力，表面張力測定結果還表明，Al2(SO4)3使CTAB容易聚集形成膠束，從而增加CTAB的膠束數(shù)量。(2)通過透光率和Zeta電勢測定，提出了CTAB的膠束絮凝機理，即當濃度小于其臨界膠束濃度時，CTAB單體與油滴表面發(fā)生電中和，降低了油滴之間的靜電斥力；當濃度大于臨界膠束濃度時，CTAB膠束使鄰近的油滴發(fā)生橋接絮凝，透光率提高；隨著濃度繼續(xù)增大，CTAB膠束在油滴表面的吸附

15、使其表面電荷反號，靜電排斥作用增加，因此當CTAB濃度超過一定值時，體系的透光率曲線出現(xiàn)一個平臺。(3)HPAM對凈水效果的影響與其加序和濃度有關，當先于凈水劑加入時，隨著濃度增大體系的透光率減小，說明HPAM消耗了大量起絮凝作用的凈水劑；當在凈水劑之后加入時，很少量的HPAM就起到很強的絮凝作用，使體系透光率明顯增大。本論文的主要特點與創(chuàng)新點： 1.系統(tǒng)研究了乳化劑以及外加的不同性質表面活性劑和不同聚合物對納米乳狀液穩(wěn)定性的影

16、響，提出了納米乳狀液的穩(wěn)定機理以及不同因素的影響機理，豐富了對納米乳狀液的研究，對其穩(wěn)定性調控具有一定指導意義。 2.用界面擴張流變和界面張力測量的方法，研究了CTAB與HPAM在油/水界面的聚集行為，通過對比不同界面上CTAB吸附量以及界面膜的Gibbs彈性，探討不同界面上表面活性劑分子的排列狀況對界面擴張性的影響。 3.將界面流變性質與制得納米乳狀液粒徑規(guī)律聯(lián)系起來，對乳狀液粒徑的控制具有一定的指導作用。 論

17、文的不足之處： 由于受一些客觀條件限制，本文所進行的實驗難免有不足之處，論文中冗余拖沓之處也在所難免，具體有以下幾點： 在相行為研究中，用偏光顯微鏡圖像和流變測量結果進行了相態(tài)表征，應該補充小角X射線散射儀(SAXS)的表征實驗，以達到相互驗證的目的。在考察外加表面活性劑對氣液界面膜的鋪展行為時，用表面壓測量方法，反映的是氣液界面的性質，用以描述油水界面膜穩(wěn)定性有所欠缺。含油廢水處理研究時，由于受現(xiàn)場取樣隨機性強等因素影