胶质液体泡沫(CLA)的形成及其稳定性研究

以研究胶质液体泡沫(CLA)内部结构及其特性为最终目的, 对组成为十二烷基醇聚氧乙烯(3)醚(AEO-3)/正癸烷/十二烷基硫酸钠(SDS)/水的CLA体系形成过程和稳定动力学行为进行了电导率测定和光学显微观察. 通过上述两过程的电导率变化探明了CLA的形成和稳定性动力学行为, 并被光学显微照片所证实. 实验结果表明CLA的形成是一个低能量乳化过程, 经历了水相泡沫化→油相替代气泡乳化→CLA形成. 在整个乳化过程中, 没有发生相的转变现象, CLA呈O/W型乳状液. 其稳定性并不遵守一级动力学模型. 在常温下, 其电导率曲线呈直线关系; 当温度超过318.15 K时, 其电导率曲线近似于Langmuir等温线形. 并可用Sigmoidal模型σ_t=(σ₁－σ₂)/[1＋e^(t－t₀)/S] ＋σ₂较好的拟合, 式中, σ_t表示t 时的电导率值(μS/cm); t表示时间(min); σ₁, σ₂分别代表存储过程中电导率最小值和最大值(μS/cm); t₀对应于σ_t等于 1/2(σ₁＋σ₂)的时间t值(min); S描述了电导率曲线陡峭程度(min). 并提出了CLA的破乳过程包括液膜排液和液膜破裂两个阶段, 同时伴随有絮凝过程发生的稳定性机理.     

胶质液体泡沫的流变性

应用RV-30旋转粘度计和锥板式RS300应力控制流变仪, 采用稳态剪切方法和小振幅振荡剪切对胶质液体泡沫(CLA)体系的流变特性进行了系统分析, 讨论了温度、 相体积比(油相与水相体积比, PVR)和剪切速率对体系流变性质的影响. 稳态剪切实验结果表明, CLA体系表现出非牛顿流体特征, 其流变行为符合Herschel-Bulkley流变模式. 同时, CLA体系表现出剪切稀释特性, 不具有触变性. 粘弹性实验结果表明, 在低PVR(PVR=2~4)条件下, CLA无线性粘弹性区; 当PVR=8时, 表现出一定程度的粘弹性; 温度对体系的流变行为和粘弹性的影响不显著. 通过与高内相乳状液(HIPRE)体系比较, 发现CLA与HIPRE具有相似的流变特性, 这也说明两者在微观结构上具有一定的相似性.     

胶质液体泡沫的微观结构研究

采用冷冻蚀刻电子显微镜技术(FF-TEM)、小角X射线散射(SAXS)、偏光显微镜以及差示扫描量热分析(DSC)等手段对组成为十二烷基醇聚氧乙烯(3)醚(AEO-3)/正癸烷/十二烷基硫酸钠(SDS)或Tween 80/水的胶质液体泡沫(CLA)体系的微观结构进行了系统分析. 分析结果表明, CLA是由微米级的油相颗粒(富油相)和包围着它的外层水相液膜(富水相)组成, 且在富油相和富水相区内分别有诸如反胶束和胶束或O/W微乳液等超分子聚集体结构存在. 通过对不同组成和不同相体积比(PVR)的CLA之间, 以及与高内相普通乳状液(HIPRE)在粒径大小、组成、制备方法、结构特征、稳定性等方面的比较, 发现CLA与HIPRE具有相似的结构轮廓. 这一结论在一定程度上支持了Princen等有关CLA结构与本质的论点.     

胶体泡沫(CGA)排液动力学研究

分别对三种表面活性剂, 十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)以及吐温80 (Tween 80)形成的胶体泡沫(CGA)的排液过程动力学进行了研究. 讨论了表面活性剂种类和浓度, 体系温度等对CGA排液过程的影响. 运用非线性最小二乘法拟合, 推出了表征CGA排液过程的动力学模型: V_t＝V_maxtⁿ/(Kⁿ＋tⁿ), 式中, V_t表示时间t时的排液量(mL), t表示排液时间(s), V_max表示CGA最大排液量(mL)的模型参数, K为模型参数, 表征CGA排液过程的半衰期t_1/2, n为排液曲线反曲特征指数. 通过该模型计算出了表征CGA排液过程的速率常数k_d和半衰期t_1/2等参数. 并通过lnk_d～T^－1的线性关系, 证明了该模型符合Arrhenius方程. 最后, 通过对CGA排液速率随时间的变化分析, 解析了CGA排液过程的“两段论”机理.     

单一非离子表面活性剂制备胶质气体泡沫的稳定性

用单一的十二烷基醇聚氧乙烯醚(C12EOn)非离子表面活性剂制备了稳定的胶质气体泡沫(CGA). 采用偏光显微镜和流变仪对其表面活性剂溶液相态和泡沫体系的微观结构及流变行为进行研究, 以探索CGA的稳定化机理. 实验结果表明, 分别由C12EO3和C12EO5制备的CGA分散体系中均存在层状液晶相, 层状液晶吸附在气泡的界面上. CGA稳定性可达20 h以上, 没有明显的相分离发生. 而分别由C12EO7和C12EO9制备的CGA呈现由胶束组成的连续相, 不存在液晶相结构, 因而其稳定性较差, 仅能维持数分钟. 实验结果表明, 层状液晶相结构可以显著提高CGA的稳定性. 其稳定作用的机理是通过影响泡沫排液过程, 增强Gibbs-Marangoni效应, 从而提高气泡液膜强度和减缓气相扩散速率.     

层状液晶凝胶对微泡沫的稳定作用

以非离子表面活性剂单硬脂酸甘油酯(GMS)制备出稳定的微泡沫. 采用偏光显微镜、冷冻断裂蚀刻透射电子显微镜(FF-TEM)、差示扫描量热仪(DSC)和流变仪对其表面活性剂溶液相态、泡沫体系的微观结构、相变行为和流变性进行研究以探索微泡沫的稳定机理. 实验结果表明, 表面活性剂分子吸附在气泡界面, 发生晶化形成有序、紧密排列的层状液晶凝胶相液膜, 该液膜具有较强的刚性, 能抵抗由Laplace附加压力驱使的气泡溶解和聚并行为. 微泡沫可稳定10个月, 无明显的相分离和气泡破裂现象. 其稳定作用机理是通过影响泡沫排液过程, 增强Gibbs-Marangoni效应, 从而提高了气泡液膜强度, 减缓了气相扩散速率.