胶体粒子在液—液界面上行为的研究

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固体粒子吸附在油-水界面上可以有效地稳定乳液、泡沫等分散体系。由于极好的稳定性,固体粒子稳定的乳液(Pickering乳液)在化妆品、药物输送和催化等领域有广泛的应用。固体粒子在界面上的三相接触角和排列方式等界面行为对乳液的稳定性至关重要。稳定乳液的粒子多为纳米粒子,目前暂无适当的测试方法去观察粒子在界面上的接触角和排列方式的变化。光固化具有快速聚合的优势,只要在油相中加入适当的光固化组分,即可将固体粒子瞬时固定在两相界面上,从而可以通过SEM观察固体粒子在界面上的接触角和排列方式。因此,本课题首先探究了该方法的可行性,然后探究影响粒子在界面上接触角和排列方式的因素,具体研究内容如下:(1)首先选用光固化组分为油相,制备了O/W型Pickering乳液,通过光固化将乳液液滴瞬时固化,从而可以将吸附在油-水界面上的固体粒子快速、牢固地固定。系统探究了固体粒子浓度、硅烷偶联剂改性程度和粒子粒径等因素对粒子界面密度、排列和三相接触角等界面行为的影响。结果表明,油水界面的粒子密度随着油相中粒子浓度的增加逐渐增加,并趋于稳定。提高固体粒子的疏水性,粒子在油水界面的接触角逐渐从37°提高到116°。在疏水改性程度相同的情况下,固体粒子的接触角随着粒径的增大而减小,并通过Young-Dupré方程计算了线张力对接触角的影响。(2)其次探究了二氧化硅粒子表面功能性基团种类对其在界面上吸附和排列的影响,研究表明硅烷偶联剂与油相的相互作用会影响粒子在界面上的吸附。研究了改性程度相同、不同粒径的二氧化硅粒子在界面上的竞争性吸附。当较小的粒子数量大于较大粒子时,往往是较小粒径的粒子优先吸附在界面上且会抑制较大粒径粒子的吸附;当两者数量一致时,则是较大粒径的粒子优先吸附在界面上。探究了棒状二氧化硅在界面上的吸附行为。其优先以“躺”的方式吸附在界面上,当不同形状的二氧化硅同时加入到油相中,棒状二氧化硅则优先吸附。将粒径、数量、形状三个因素结合在一起可以发现,有效的降低界面张力是粒子在界面上优先吸附的关键因素。(3)最后将研究重点集中在界面的性质对粒子三相接触角和排列方式的影响。油相的极性对粒子三相接触角影响较大,高极性油相对应于较小的接触角。研究了界面曲率对粒子三相接触角和排列方式的影响,曲率的变化不会显著的影响接触角的变化,但是曲率的增大,会降低粒子在界面上排列密度。当乳液液滴半径为粒子半径的10倍以上,粒子在界面上密度达到最大值,不再显著增加。当乳液液滴半径为粒子半径的10倍以下时,粒子在界面上密度快速降低。与此同时,盐浓度也会影响着粒子在界面上的密度,在低温下乳化及固化,可以促进部分粒子从六方向四方的转变。
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