Study on the Relationship between Interfacial Elasticity of Oil/Aqueos Solution and Emulsion Stability 于軍勝 張嘉云 張金花 袁金鎖 唐季安* 江龍 乳狀液是一種應(yīng)用十分廣泛的分散體系，而界面膜的機(jī)械強(qiáng)度（即膜彈性）是影響乳狀液穩(wěn)定性的決定性因素之一。在生產(chǎn)實(shí)際中，如三次采油，常利用表面活性劑與水溶性高分子聚合物的協(xié)同作用以提高其效能[1] .本文用自行設(shè)計(jì)組裝的界面粘彈儀，研究了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和表面活性劑的水溶液與正十二烷形成的油/水界面的膜彈性,從Gibbs-Marangoni效應(yīng)[2]的角度對(duì)該乳狀液的穩(wěn)定性作了初步探討。 1.4 乳狀液穩(wěn)定性的測(cè)量
（Laboratory of Colloid and Interfacial Science, Institute of Photographic Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101）
KeywordsOil/water interface, Elasticity, Emulsion, Stability
關(guān)鍵詞
（中國(guó)科學(xué)院感光化學(xué)研究所膠體與界面科學(xué)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室 北京 100101）
取1:1體積比的表面活性劑溶液與油相混合，振蕩5min，然后靜置觀察乳狀液的分相情況，以析出的油相體積占加入油相總體積的百分?jǐn)?shù)作為衡量乳狀液穩(wěn)定性的尺度。
2 結(jié)果與討論
在界面流變中有兩種可能的形變：剪切和膨脹，有實(shí)驗(yàn)表明[3]，對(duì)于同一單分子層而言，膨脹的界面性質(zhì)要比相應(yīng)的切變性質(zhì)高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，膨脹性質(zhì)是流體力學(xué)和界面科學(xué)的一個(gè)重要參數(shù)。膜天平可用來(lái)表征各種具有表面活性物質(zhì)的膜性質(zhì)，但是，迄今為止對(duì)于可溶性膜性質(zhì)的研究報(bào)導(dǎo)很少[4]。
圖2是三種帶不同電荷的表面活性劑隨著HPAM的增加，對(duì)油/水界面膜的彈性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入HPAM后的三種不同類型表面活性劑水溶液與油形成的界面膜彈性都有所提高，而純的HPAM水溶液的ds/dA近似為零（圖中未示出），即膜彈性幾乎為零。由于膜彈性的增強(qiáng)意味著膜分子間作用力增大[5]，因此說(shuō)明HPAM加入到表面活性劑溶液后，在油/水界面上，不僅表面活性劑分子間的相互作用力增強(qiáng)，而且伴隨有HPAM與表面活性劑分子的相互作用。 圖2 表面活性劑（10-4M）在C12/H2O界面的膜彈性與HPAM濃度的關(guān)系
從圖2看出，膜彈性依次是具有非離子表面活性劑TX-100強(qiáng)，陰離子表面活性劑SDS次之，陽(yáng)離子表面活性劑CTAB較弱。油/水界面膜彈性越強(qiáng)，界面膜的自修復(fù)能力也就越強(qiáng)，那么從宏觀上看，油/水乳狀液的穩(wěn)定性就應(yīng)該提高。圖3的曲線正是HPAM增加時(shí)，三種不同的表面活性劑所形成的乳狀液穩(wěn)定性的影響，很明顯，乳狀液的穩(wěn)定性依次也是具有非離子表面活性劑TX-100強(qiáng)，陰離子表面活性劑SDS次之，陽(yáng)離子表面活性劑CTAB較弱。由此看出，兩組不同的實(shí)驗(yàn)是互相印證的。
圖3表明，三種不同的表面活性劑隨著HPAM的增加界面張力的變化，圖中圖表示的是單一的HPAM的界面張力隨其濃度的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單一的HPAM的界面張力終降低至46mN/m，但加入三種不同的表面活性劑之后，界面張力進(jìn)一步降低，這種現(xiàn)象說(shuō)明，HPAM與表面活性劑分子之間存在超加合的作用。
圖3 HPAM濃度對(duì)表面活性劑形成的乳狀液穩(wěn)定性的影響
綜上所述，油/水乳狀液的穩(wěn)定性之所以能形成，就是由于體系中存在著這種超加合的作用，而使油/水乳狀液趨于穩(wěn)定的是界面膜的彈性。
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 | 界面粘彈儀如圖1所示。將HPAM和表面活性劑溶液的水相和正十二烷油相分別注入槽中，靜置30min，然后使在界面上的二個(gè)障片衡速分離，用Wilhelmy鉑片吊片法測(cè)定界面張力與面積的變化，進(jìn)而求得界面膜的彈性。 利用LB膜天平測(cè)定表（界）面膜的動(dòng)態(tài)表（界）面張力及面積，由公式[2] E=Ads/dA=-ds/dlnA 可求得膜彈性模量E，其中s為表（界）面張力值，A為膜面積，dA為膜面積增量，該參數(shù)是對(duì)表面張力梯度產(chǎn)生的阻力的量度，也是體系在任其自然時(shí)表面張力梯度消失速度的量度。膜彈性越高，膜的機(jī)械強(qiáng)度越大，其自修復(fù)能力也就越強(qiáng)。 |
| 1--油水界面Langmuir槽；2a－油層、2b－水層；3－雙向滑障；4－Wilhelmy 吊片界面張力儀 圖1 基于油水界面Langmuir槽法的界面粘彈儀 |
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