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乳液穩(wěn)定性的影響因素研究

東南科儀 2020-07-22 | 閱讀：4145

介紹

皮克林乳液是一種用固體顆粒代替普通表面活性劑而穩(wěn)定的一種乳液,，由于其可以廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及化妝品領(lǐng)域,，因此皮克林乳液被認(rèn)為是一種非常重要的配方,。

用于穩(wěn)定皮克林乳液的固體顆粒可以是有機(jī)粒子（如聚合物乳膠,、植物蛋白）,，可以是無機(jī)粒子（如硅顆粒,、陶土顆粒等）。本文介紹了以二氧化硅作為粒子穩(wěn)定的W/O乳液穩(wěn)定性的影響因素：硅顆粒濃度,、水相pH值,、鹽濃度和聚合物濃度。

材料和方法

材料

反滲透膜過濾水

黃原膠CP Kelco (U.S.A)公司

HCl,、NaOH,、MgSO4等為分析純試劑。

改性親水Si顆粒（7nm）,，可絮凝成大約460nm的團(tuán)聚體,。

制備方法

配方：水相為60wt%水+ 10wt% 1,3-丁二醇；油相為22 wt%環(huán)甲硅油, 8wt%十六烷基己酸乙酯,。

通過HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH值,，通過MgSO4調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度。先在油相中加入計(jì)算濃度的硅顆粒,，然后在均質(zhì)機(jī)3500 rpm 5min內(nèi),，緩慢的向油相中滴加水相（體積濃度70%），水相加入完畢后,，5000 rpm繼續(xù)均質(zhì)10min,。

測試方法

乳液粒徑分布使用Mictrac激光粒度粒型分析儀Sync進(jìn)行測量。測量前用體系自身的連續(xù)相進(jìn)行稀釋以免影響粒度分布,。顯微鏡照片使用Leica DMRP(type301-371, Germany)鏡頭+(Canon Power shot, S40)進(jìn)行觀測,。SEM照片利用(Alto 2100, Gatan, U.K.)進(jìn)行測量。

乳液穩(wěn)定性（粒徑尺寸和遷移速度）使用Turbiscan Lab (Formulaction Co., France)進(jìn)行測量,，該儀器基于多重光散射方法[16,，17]，測量探頭采用近紅外光源,，波長=880nm,，在不同pH和MgSO4濃度條件下，在制備后立馬對樣品30-32mm區(qū)域的平均背散射光強(qiáng)進(jìn)行收集,。

流變性使用HAKKERS50 RheoStress (Germany)進(jìn)行測量,，對乳液在1 Hz震蕩頻率下進(jìn)行1 Pa至200 Pa的應(yīng)力掃描，獲得G’(Storage modulus) and G”(loss modulus),，椎板轉(zhuǎn)子。

結(jié)果和討論

1. 硅顆粒濃度對皮克林粒徑分布的影響

圖1顯示了液滴粒度分布隨二氧化硅濃度的變化而變化,。當(dāng)硅含量低于0.3%時(shí),，乳液沒有形成穩(wěn)定狀態(tài)。將硅濃度提高到1wt %時(shí),，乳液獲得較好的分散性,。

相比之下,，硅顆粒的濃度達(dá)到1.5wt%時(shí)，形成了相對較大的液滴,，在顯微鏡下清晰可見(圖2),。眾所周知，隨著平均粒徑越小絮凝作用逐漸增強(qiáng),。固體顆粒的穩(wěn)定效果取決于它們遷移到界面上形成薄膜的能力,，當(dāng)增加二氧化硅濃度到達(dá)一定程度后，油相中的硅顆粒絮凝成網(wǎng)絡(luò)狀的團(tuán)聚體,，降低了硅顆粒的擴(kuò)散到液滴表面的速率,。這解釋了更高的硅含量時(shí)的粒度分布反而較大的原因。

如圖3所示,，我們用低溫掃描電鏡觀察了覆蓋了硅顆粒液滴的形貌,，并不是所有顆粒都在液滴表面。圖4為假設(shè)液滴尺寸為10μm, 顆粒覆蓋密度1 g/cm-3,，接觸角為120°時(shí),，液滴表面的覆蓋率隨濃度的計(jì)算值曲線?？梢?，當(dāng)硅濃度達(dá)到1%時(shí)，覆蓋率超過了100%,，說明不是所有的硅顆粒都會覆蓋在液滴表面,，仍然會有部分硅顆粒在油相中，起到增加粘度的作用,。雖然這可以提高乳液的沉降穩(wěn)定性,，但更重要的是，應(yīng)加強(qiáng)界面處二氧化硅顆粒的濃度,，以獲得優(yōu)異的乳液穩(wěn)定性,。

2. pH和鹽濃度對乳液穩(wěn)定性的影響

已有研究表明硅穩(wěn)定的皮克林乳液具有非常好的聚結(jié)穩(wěn)定性，雖然液滴之間會有強(qiáng)烈的絮凝現(xiàn)象,。在本文制備的乳液可以在50℃下穩(wěn)定一周,，沒有任何的上浮或沉淀現(xiàn)象。因此為了預(yù)測乳液的長期穩(wěn)定性,，利用多重光散射儀Turbiscan進(jìn)行了測試,。有幾篇研究總結(jié)道，某種程度上,，皮克林乳液只能在顆粒絮凝的條件下穩(wěn)定,。通過增加水相的pH值，不帶電荷的硅烷醇基團(tuán)與帶負(fù)電荷的SiO-基團(tuán)的解離可以提高絮凝效果,。如圖5所示,，通過增加pH值,，獲得了更好的乳液穩(wěn)定性。在低pH值（pH<5）不含鹽時(shí),，無法形成穩(wěn)定的乳液,，意味著在酸性條件下顆粒沒有足夠的絮凝效果。

同樣從圖5可見,，隨著增加離子強(qiáng)度增加,，有趣的是，在水相中加入0.083 moldm-3的MgSO4可以在pH=5時(shí)可以形成穩(wěn)定的乳液,，而且在pH 5-9的范圍內(nèi),，乳液穩(wěn)定性都略有增強(qiáng)。

在pH較低的情況下,，MgSO4的加入提高了絮凝效果,，形成了致密的油水界面膜。在pH＞9時(shí),，鹽的加入導(dǎo)致乳液出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,，這可能是由于水相過量的絮凝導(dǎo)致的，界面膜剛性太強(qiáng)使得乳液不穩(wěn)定,。

在pH 6和pH 9離子強(qiáng)度對G’(storage modulus) 和G”(loss modulus)的影響如圖6所示,，在水相中加入0.083 mol dm-3的MgSO4會導(dǎo)致G’的增加。在堿性pH時(shí)離子強(qiáng)度對G’的影響大于酸性pH時(shí),，而堿性pH時(shí)負(fù)電荷更多,，意味著MgSO4對硅穩(wěn)定的乳液作用來自于靜電吸引作用。

3. 聚合物對乳液單分散性的影響

在分散水相中加入聚合物(黃原膠)對液滴粒徑的影響如圖7所示,。在加入0.03wt%黃原膠后,，液滴尺寸有效的降低了。超過80vol%的液滴尺寸在1μm 至3.2 μm之間,。Midmore學(xué)者最近的研究描述了一種非常穩(wěn)定的硅穩(wěn)定O/W和W/O皮克林乳液乳液,，其通過羥丙基改性纖維素絮凝提高穩(wěn)定性。羥丙基改性纖維素可以通過使水相的疏水效果增加,，從而增加乳液的單分散性,；另外一個(gè)作用為，羥丙基改性纖維素可以增加連續(xù)相的粘度,，從而阻礙液滴之間的結(jié)合,。加入聚合物(黃原膠)到水相中也具有類似的論證。