(Laboratory of Colloid and Interfacial Science, Institute of Photographic Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101) Abstract A home-made interfacial viscoelastic meter was used to study the elasticity of mixed partially hydrolyzed polyacrylamide(HPAM)-surfactant solutions at the oil/water interface. The relationship between interfacial elasticity of solution and emulsion stability was discussed.
Keywords Oil/water interface, Elasticity, Emulsion, Stability
关键词 油水界面 膜弹性 乳状液 稳定性
油水界面的膜弹性与乳状液的稳定性研究
于军胜 张嘉云 张金花 袁金锁 唐季安* 江龙
(中国科学院感光化学研究所胶体与界面科学开放实验室 北京
100101)
乳状液是一种应用十分广泛的分散体系，而界面膜的机械强度（即膜弹性）是影响乳状液稳定性的决定性因素之一。在生产实际中，如三次采油，常利用表面活性剂与水溶性高分子聚合物的协同作用以提高其效能[1]
.本文用自行设计组装的界面粘弹仪，研究了部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和表面活性剂的水溶液与正十二烷形成的油/水界面的膜弹性,从Gibbs-Marangoni效应[2]的角度对该乳状液的稳定性作了初步探讨。
1.1 化学试剂 正十二烷 Fluka公司产品, 0.1NaOH水溶液洗,重蒸水洗,CaCl２干燥,减压重蒸.其他试剂的来源与提纯方法见参考文献[1]。
1.2 界面张力的测定 见参考文献[1]。
1.3 膜弹性的测定
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界面粘弹仪如图1所示。将HPAM和表面活性剂溶液的水相和正十二烷油相分别注入槽中，静置30min，然后使在界面上的二个障片衡速分离，用Wilhelmy铂片吊片法测定界面张力与面积的变化，进而求得界面膜的弹性。 利用LB膜天平测定表（界）面膜的动态表（界）面张力及面积，由公式[2] E=Ads/dA=-ds/dlnA 可求得膜弹性模量E，其中s为表（界）面张力值，A为膜面积，dA为膜面积增量，该参数是对表面张力梯度产生的阻力的量度，也是体系在任其自然时表面张力梯度消失速度的量度。膜弹性越高，膜的机械强度越大，其自修复能力也就越强。 |
| 1--油水界面Langmuir槽；2a－油层、2b－水层；3－双向滑障；4－Wilhelmy 吊片界面张力仪 图1 基于油水界面Langmuir槽法的界面粘弹仪 |
1.4
乳状液稳定性的测量
取1:1体积比的表面活性剂溶液与油相混合，振荡5min，然后静置观察乳状液的分相情况，以析出的油相体积占加入油相总体积的百分数作为衡量乳状液稳定性的尺度。
2 结果与讨论
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在界面流变中有两种可能的形变：剪切和膨胀，有实验表明[3]，对于同一单分子层而言，膨胀的界面性质要比相应的切变性质高出几个数量级。因此，膨胀性质是流体力学和界面科学的一个重要参数。膜天平可用来表征各种具有表面活性物质的膜性质，但是，迄今为止对于可溶性膜性质的研究报导很少[4]。 图2是三种带不同电荷的表面活性剂随着HPAM的增加，对油/水界面膜的弹性的影响。实验结果表明，加入HPAM后的三种不同类型表面活性剂水溶液与油形成的界面膜弹性都有所提高，而纯的HPAM水溶液的ds/dA近似为零（图中未示出），即膜弹性几乎为零。由于膜弹性的增强意味着膜分子间作用力增大[5]，因此说明HPAM加入到表面活性剂溶液后，在油/水界面上，不仅表面活性剂分子间的相互作用力增强，而且伴随有HPAM与表面活性剂分子的相互作用。 |
| 图2 表面活性剂(10-4M)在C12/H2O界面的膜弹性与HPAM浓度的关系 |
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从图2看出，膜弹性依次是具有非离子表面活性剂TX-100最强，阴离子表面活性剂SDS次之，阳离子表面活性剂CTAB较弱。油/水界面膜弹性越强，界面膜的自修复能力也就越强，那么从宏观上看，油/水乳状液的稳定性就应该提高。图3的曲线正是HPAM增加时，三种不同的表面活性剂所形成的乳状液稳定性的影响，很明显，乳状液的稳定性依次也是具有非离子表面活性剂TX-100最强，阴离子表面活性剂SDS次之，阳离子表面活性剂CTAB较弱。由此看出，两组完全不同的实验是互相印证的。 图3表明，三种不同的表面活性剂随着HPAM的增加界面张力的变化，图中图表示的是单一的HPAM的界面张力随其浓度的变化。实验结果表明，单一的HPAM的界面张力最终降低至46mN/m，但加入三种不同的表面活性剂之后，界面张力进一步降低，这种现象说明，HPAM与表面活性剂分子之间存在超加合的作用。 |
| 图3 HPAM浓度对表面活性剂形成的乳状液稳定性的影响 |
综上所述，油/水乳状液的稳定性之所以能形成，就是由于体系中存在着这种超加合的作用，而使油/水乳状液趋于稳定的是界面膜的弹性。
3 参考文献
[1] Zhang J Y, Zhang L P,
Tang J A, Jiang L. Interaction between poly(acrylamide) and sufactants of different
headgroup charge, Colloids and Surfaces A, 1994,88:33-39
[2] 卢开森-润德斯 E M 编. 朱瑶,吴佩强,丁慧君等译. 阴离子表面活性剂－表面活性剂作用的物理化学. 北京:轻工业出版社,1988年:171-174
[3] Chang C H, Franses E J. An analysis of the factors affecting dynamic tension
measurements with the pulsating bubble surfactometer, J.Colloid Interface Sci., 1994,
164:107-113
[4] Nitsch W, Kurthen C. Convevtive monolayer compression in channel flow: behavior and
transfer of soluble and insoluble films, Thin Solid Films, 1989, 178:145-155
[5] Blank M, Lucassen J,Tempel M V D, The elasticities of spread monolayers of bovine
serum albumin and of ovalbumin, J.Colloid Interface Sci., 1970, 33:94-100
1998-07-10收稿