有关微乳液体系的配方设计及应用

关于微乳液体系的研究及应用

012301314211何艳

摘要：微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、水和油等多组分自发形成的一种热力学稳定、各向同性的透明或半透明的油/水分散体系。这种分散体系具有分散相质点粒径小、超低界面张力等特点，被广泛应用于制药。纳米材料的制备、燃料、农药喷洒、化妆品、三次采油等领域。因此，研究微乳液的形成机理及乳化技术，在尽可能宽的组成范围内获得单相微乳液，科学有效地指导微乳液配方的设计，对微乳液结构进行有效控制等方面具有重要的理论和实践意义。

关键词：微乳液性质配方设计应用领域

前言

微乳液具有原料便宜，制备方便，条件温和等特点，已成为界面化学一个重要并且十分活跃的分支。目前，微乳化技术已渗透到日用化工、精细化工、石油化工、材料科学、生物技术等领域，成为当今国际上具有巨大应用潜力的研究领域[1]。如在高分子材料制备中应用微乳液聚合，可改善高分子材料的结构和性能；在无机和催化化学中，可利用微乳液制备超细粒子的新型材料和新型催化剂。日前试探性的应用研究成果表明该领域的研究方兴未艾。

1.微乳液的性质、结构

1.1微乳液的特性

微乳液与传统的乳状液在成分和结构上有许多相似之处，但存在着本质的差异[2]: (1)在物理性状上，微乳液不同于一般乳状液，它是一种澄清、透明或半透明的分散体系，多数有乳光，颗粒大小常在0.2μm以下；(2)在结构组成上，制备微乳液所需的表面活性剂含量显著高于普通乳状液，约为10% ~30%左右，且通常还需要助表面活性剂的辅助作用才能形成微乳液；(3)微乳液在一定组成范围内可以呈双连续相存在；(4)微乳液是一种热力学不稳定体系，制备时不需要外力，可以长期贮存，离心不分层；(5)具有超低界面张力。

1.2微乳液的微观结构

微乳液根据不同的组合，既可以形成W/O型也可以形成O/W型微乳液，而在由

W/O型向O/W型转相或由O/W向W/O型转相时，中间存在一个过渡区，此时油水等价，液滴曲率趋于零，形成一种称之为双连续相的结构[3]。

W/O型微乳液由水核、油连续相及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜三相构成；O/W型微乳液由油核、水连续相及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜三相组成；在双连续相的微乳液中，油和水同时作为连续相，没有明显的油滴或水滴。

2.微乳液体系的配方设计

2.1 表面活性剂的选择及对微乳液形成的影响

表面活性剂为形成微乳液所必需的物质，其作用主要在于降低界面张力和形成吸附膜，促使微乳液的形成。具有既亲水又亲油的双亲性质，能产生吸附和胶团化并能显著降低油/水界面张力的物质称为表面活性剂。

离子型表面活性剂易于形成W/O型微乳液。这是因为离子型表面活性剂分子中，亲水基较短，亲油基较长，因此油比水更易渗透到膜中，显然，油的渗入使界面膜的油侧易于扩张，结果界面弯曲凸向油边，形成W/O型微乳液，反之，要形成O/W型微乳液，需要有强烈的水/亲水基相互作用，使水一侧膨胀。

2.2助表面活性剂的选择及对微乳液形成的影响

微乳液中加入助表面活性剂可以降低界面张力，调节界面的亲水亲油性，增加界面的柔性，使界面易于弯曲，使微乳液更易形成。一般选用中、长碳链的直链醇、短链的酸、脂等双分子作为助表面活性剂。腾弘霓[4]等通过对AEO9/正庚烷/水/醇体系的研究发现在非离子型表面活性剂形成的微乳液中助表面活性剂的链长应相应的减少，才能达到最佳效果。蒋绪川[5]通过研究形成微乳液的醇从连续相(c)迁移到界面层(i)的自由能-∆G，结果表明自由能随着醇碳原子数的增加而上升，可见，醇碳原子数的多少对微乳液体系的形成和稳定十分重要。

2.3 油的选择及对微乳液形成的影响

在微乳液形成中，随着油相烷烃中碳原子数的增多，会使体系中自由能降低。而反应自由能降低不利于微乳液的形成，所以烷烃中碳原子数的增加不利于微乳液体系的形成和稳定。杨中民[6]还从微乳液的导电能力方面进行分析，导电能力是微乳液的重要性质之一，导电过程就是颗粒碰撞时，水内核中阴离子穿过界面膜所需的跃迁过程。活化能∆E的相对大小反映了正离子穿过界面膜所需的能量和克服颗粒之间的大小，烷烃碳链增长，膜强度减小，电荷载体阻力减小，从而使∆E减小，使微乳液体系的稳定性降低。

3.微乳液的应用

3.1微乳液在化学反应中的应用

对于有机合成中水溶性的无机物和油溶性的有机物相互反应时，可将其配制成微乳液，可以使大量的水溶性和油溶性的化合物同时处在一个微乳分散体系中使反应物充分接触，从而大大的提高反应速率。

3.2 微乳液在化妆品中的应用

微乳液能自发形成，稳定性高，有良好的增溶作用，可以制成含油成分较高的产品，而产品无油腻感，通过微乳液的增溶性，还可以提高活性成分和药物的稳定性，具有增白、吸收紫外线和放射红外线等特性。

4. 小结

微乳液作为一种热力学稳定的体系，其所具有的超低界面张力和表面活性剂所具有的乳化、增溶、分散、起泡、润滑和柔软性等性能，使它在化妆品、农业、医药等行业领域有着广阔的应用前景。

参考文献

[1] 崔正刚,殷福珊.微乳化技术及应用[M]. 北京: 中国轻工业出版社，1999：74.

[2]沈钟,赵振国,康万利. 胶体与表面化学[M]. 北京：化学工业出版社，2012：409-412.

[3]喻发全. 微乳液结构及其应用[J]. 武汉化工学院学报,1996,21(2)：12-5.

[4]腾弘霓,腾大为. 醇的链长对微乳状液形成的影响[J]. 化学研究与应用,1997,9(4):420-424.

[5]蒋绪川,杨永会,孙思修.NaDEHP/醇/正庚烷/水微乳液体系的结构参数研究[J].山东大学学

报,1998,33(4):422-426.

[6]杨中民,信文瑜,张瑾. W/O型微乳的结构参数、自由能、活化能及其影响因素[J]. 云南大学

学报(自然科学版),2000,22(2):126-130.

[7]印永嘉等. 物理化学简明教程(第四版). 北京:高等教育出版社, 2007: 324-328.

[8] Shah D.O., Hamlin R.M.Jr.. Structure of Water in Micriemulsions:Electrical,Birefringence,and Nuclear Magnetic Resonance Studies[J].Science,1971,171(3790):483-485.

[9]白亚之. 微乳液的制备及其在化妆品中的应用[J]. 日用化学品科学，2008,31(4):26-29.

[10] Fanun M. Structural Parameters of Mixed Nonionic Surfactants Microemulsions[J]. Journal of Dispersion Science and Technology,2010,31(6):812-819.