Pickering乳液的制備及穩(wěn)定性研究

田梅娟

(寶雞文理學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 陜西省植物化學(xué)重點實驗室，陜西 寶雞 721013)

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Pickering乳液的制備及穩(wěn)定性研究

田梅娟

(寶雞文理學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 陜西省植物化學(xué)重點實驗室，陜西 寶雞 721013)

摘要：Pickering 乳液是一種由固體粒子取代有機表面活性劑穩(wěn)定乳液體系的新式乳液。采用St?be法，以無水乙醇作共溶劑，用氨作催化劑，分解正硅酸乙酯(TEOS)制備納米固體SiO2粒子，然后用納米固體SiO2粒子作穩(wěn)定劑，制備三氯甲烷/水的Pickering乳液?？疾炝思{米固體SiO2粒子加入量、油水體積比、氫氧化鈉溶液濃度對Pickering乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：當(dāng)納米固體SiO2粒子加入量為0.035 g、油水體積比為1∶350、氫氧化鈉溶液濃度為0.01 mol·L-1時，制備的乳液穩(wěn)定性最好。

關(guān)鍵詞：Pickering乳液；穩(wěn)定性；制備

Pickering乳液是指在液-液互不相容的兩相界面上存在的以納米級別的固態(tài)粒子為乳化劑和穩(wěn)定劑的乳液。與傳統(tǒng)乳液不同的是，Pickering乳液是以固體粒子作為乳化劑替代傳統(tǒng)表面活性劑的一種熱力學(xué)穩(wěn)定、動力學(xué)不穩(wěn)定的體系。可以用來制備Pickering乳液的固體粒子主要有具有固體顆粒形狀的物質(zhì)，如：粘土、高嶺石、蒙脫石等，具有納米尺度的高分子刷、高分子球、復(fù)合球、環(huán)糊精分子以及蛋白質(zhì)分子等[1-3]。

Pickering乳液在眾多前沿領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，近年來引起國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注[4-6]。作者采用St?be法以無水乙醇作共溶劑，用氨作催化劑，分解正硅酸乙酯(TEOS)制備納米固體SiO2粒子；再用納米SiO2粒子作穩(wěn)定劑，制備三氯甲烷/水的Pickering乳液。

1實驗

1.1試劑與儀器

濃氨水、正硅酸乙酯、鹽酸、氫氧化鈉，分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇，分析純，天津北晨方正試劑廠；三氯甲烷，分析純，成都科龍化工試劑廠；去離子水。

DSX型恒速數(shù)顯控制器，杭州儀表電機有限公司；HH-1型數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇丹陽門石英玻璃廠；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；AnkeGL-20G-Ⅱ型高速冷凍離心機，上海安亭科學(xué)儀器制造廠。

1.2方法

1.2.1納米固體SiO2粒子的制備

采用St?be法制備納米固體SiO2粒子。在裝有25mL無水乙醇的燒杯中加入6mL濃氨水，攪拌均勻后靜置5min，記為A溶液；在另一個裝有25mL無水乙醇的燒杯中加入2mL正硅酸乙酯，攪拌均勻后靜置5min，記為B溶液。將A溶液倒入三頸圓底燒瓶中，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為750r·min-1、水浴溫度為25 ℃，每20min向圓底燒瓶中加入約1.5mL的B溶液。每次滴加后蓋上塞子，防止無水乙醇揮發(fā)。待B溶液全部滴加完后，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為450r·min-1，反應(yīng)12h，冷卻后離心，用無水乙醇將離心后的固體物質(zhì)洗滌3次，放入50 ℃干燥箱中干燥5h，得到納米固體SiO2粒子。

1.2.2Pickering乳液的制備

在10mL蒸餾水中加入0.01g納米固體SiO2粒子，攪拌均勻并靜置5min后，再加入0.1mL三氯甲烷，充分搖勻，得到三氯甲烷/水的Pickering乳液。

2結(jié)果與討論

2.1納米固體SiO2粒子的形貌

所制備的納米固體SiO2粒子的SEM照片見圖1。

圖1　納米固體SiO2粒子的SEM照片

由圖1可以看出，納米固體SiO2粒子晶形完美，粒徑在80 nm左右。由于納米固體SiO2粒子的親水性大于親油性，所以容易形成能量低、穩(wěn)定性好的水包油型Pickering乳液。

2.2納米固體SiO2粒子加入量對Pickering乳液穩(wěn)定性的影響

分別稱取納米固體SiO2粒子0.015 g、0.020 g、0.025 g、0.030 g、0.035 g，制備Pickering乳液，探究納米固體SiO2粒子加入量對乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　納米固體SiO2粒子加入量與乳液穩(wěn)定性之間的關(guān)系

從圖2可以看出，隨著納米固體SiO2粒子加入量的增加，形成的乳液越穩(wěn)定。這是由于，當(dāng)納米固體SiO2粒子較多時，形成乳液液滴的半徑就會減小，從而導(dǎo)致液滴之間的距離縮短，乳液越穩(wěn)定。

2.3油水體積比對Pickering乳液穩(wěn)定性的影響

固定納米固體SiO2粒子加入量，改變油水體積比為1∶150、1∶200、1∶250、1∶300、1∶350，制備Pickering乳液，探究油水體積比對乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見圖3。

圖3　油水體積比與乳液穩(wěn)定性之間的關(guān)系

從圖3可以看出，隨著油水體積比的減小，即水體積的增加，形成的乳液越穩(wěn)定。這是由于，隨著油水體積比的增大，乳液的液滴尺寸變大、分布變寬，乳液的穩(wěn)定性降低。在納米固體SiO2粒子加入量一定的情況下，當(dāng)油水體積比增大時，單位表面吸附的SiO2微粒數(shù)目就會減少，小液滴容易結(jié)為大液滴，導(dǎo)致乳液的液滴體積增大，穩(wěn)定性下降。

2.4堿濃度對Pickering乳液穩(wěn)定性的影響

固定納米固體SiO2粒子加入量和油水體積比，分別加入10 mL 0.01 mol·L-1、0.02 mol·L-1、0.03 mol·L-1、0.04 mol·L-1、0.05 mol·L-1的氫氧化鈉溶液，制備Pickering乳液，探究堿濃度對乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見圖4。

圖4　堿濃度與乳液穩(wěn)定性之間的關(guān)系

從圖4可以看出，隨著氫氧化鈉溶液濃度的減小，形成的乳液越穩(wěn)定。這是由于，氫氧化鈉溶液濃度增大，導(dǎo)致乳液中的氫氧根離子濃度增大，且會吸附在SiO2粒子附近，使負(fù)電荷密度增大，排斥力增強，從而使得粒子間碰撞的阻礙作用減小，乳液穩(wěn)定性降低。

3結(jié)論

用納米固體SiO2粒子作穩(wěn)定劑，制備三氯甲烷/水的Pickering乳液?？疾旒{米固體SiO2粒子加入量、油水體積比、氫氧化鈉溶液濃度對Pickering乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，納米固體SiO2粒子加入量對乳液穩(wěn)定性的影響比較大，加入量越多，乳液越穩(wěn)定；油水體積比越小，乳液穩(wěn)定性越強；堿濃度越大，乳液穩(wěn)定性越差。當(dāng)納米固體SiO2粒子加入量為0.035 g、油水體積比為1∶350、氫氧化鈉溶液濃度為0.01 mol·L-1時，制備的乳液穩(wěn)定性最好。

參考文獻：

[1]儲鴻,倪忠斌.球形二氧化硅顆粒表面的疏水改性及其性能研究[J].塑料工業(yè),2007,35(4):309-312.

[2]符遠(yuǎn)翔,孫艷輝,葛杏心.單分散納米二氧化硅的制備與表征[J].硅酸鹽通報,2008,27(1):155-156.

[3]AVEYARD R,BINKS B P,CLINT J H.Emulsions stabilized solely by colloidal particles[J].Advances in Colloid & Interface Science,2003,100(2):503-546.

[4]陳浩,張曉優(yōu),徐樟浩,等.凹凸棒顆粒穩(wěn)定的Pickering乳狀液的制備條件及形成機理研究[J].非金屬礦,2013,36(3):13-17.

[5]易成林,楊逸群,江金強,等.顆粒乳化劑的研究及應(yīng)用[J].化學(xué)進展,2011,23(1):65-79.

[6]陳洪齡,吳瑋.顆粒穩(wěn)定乳液和泡沫體系的原理和應(yīng)用(1):Pickering乳液的穩(wěn)定機制和影響因素[J].日用化學(xué)工業(yè),2013,43(3):77-79.

Preparation of Pickering Emulsion and Its Stability

TIAN Mei-juan

(KeyLaboratoryofPhytochemistryofShaanxiProvince,DepartmentofChemistryandChemicalEngineering,BaojiUniversityofArtsandSciences,Baoji721013，China)

Abstract：Pickering emulsion is a kind of new one with solid particles replacing organic surfactants.Using St?be method,with anhydrous ethanol as a co-solvent and ammonia as a catalyst,solid silica nanoparticles were prepared by decomposing ethyl orthosilicate.Using solid silica nanoparticles as a stable agent,Pickering emulsion of chloroform/water was prepared.The effects of the amount of solid silica nanoparticles,oil/water volume ratio,alkali concentration on Pickering emulsion stability were investigated.The results showed that,when the amount of solid silica nanoparticles was 0.035 g,oil/water volume ratio was 1∶350,alkali concentration was 0.01 mol·L-1,the emulsion stability was the best.

Keywords：Pickering emulsion;stability;preparation

基金項目：寶雞文理學(xué)院校級科研項目資助課題(ZK16126)

收稿日期：2016-01-25

作者簡介：田梅娟(1985-)，女，陜西寶雞人，助理實驗師，研究方向：材料化學(xué)，E-mail:tianmeijuan549@126.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.05.016

中圖分類號：O 613.72

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-5425(2016)05-0062-03