微乳液在日用化工中的作用

微乳液在日用化工中的应用

摘要：阐述了微乳液的性能，解释了微乳液的形成机理，简述了微乳液的制备方法及其基本应用。利用微乳液的一些特殊性质，将其在日用化工中的应用表现出来。

关键词：微乳液日用化工性能机理应用

1微乳液

1.1何谓微乳液

若两种或两种以上互不相溶液体经混合乳化后，分散液滴的直径在5nm~100nm之间，则该体系称为微乳液。微乳液为透明分散体系，其形成与胶束的加溶作用有关，又称为“被溶胀的胶束溶液”或“胶束乳液”。

简称微乳。通常由油、水、表面活性剂、助表面活性剂和电解质等组成的透明或半透明的液状稳定体系。分散相的质点小于0.1μm，甚至小到数十埃。其特点是分散相质点大小在0.01～0.1μm间，质点大小均匀，显微镜不可见；质点呈球状；微乳液呈半透明至透明，热力学稳定，如果体系透明，流动性良好，且用离心机100g的离心加速度分离五分钟不分层即可认为是微乳液；与油、水在一定范围内可混溶。分散相为油、分散介质为水的体系称为O/W型微乳状液，反之则称为W/O型微乳状液。微乳液一般需加较大量的表面活性剂，并需加入辅助表面活性剂(如极性有机物，一般为醇类)方能形成。广泛应用于工业生产中，如地板抛光蜡液，机械切削油等。微乳液在石油开采中用于提高采收率。

1.2微乳液的来历

微乳液这个概念是1959 年由英国化学家J . H. Schulman 提出来的,微乳液一般是由表面活性剂、助表面活性剂、油与水等组分在适当比例下组成的无色、透明(或半透明) 、低粘度的热力学体系。由于其具有超低界面张力(10 - 6～10 - 7N/ m) 和很高的增溶能力(其增溶量可达60 %～70 %) 的稳定热力学体系。

两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。

微乳液是热力学稳定、透明的水滴在油中(w／o)或油滴在水中(O／W )形成的单分散体系，其微结构的粒径为5～70 nnl J，分为O／W 型和w／o(反相胶束)型两种，是表面活性剂分子在油／水界面形成的有序组合体。1943年Schulman 等在乳状液中滴加醇，首次制得了透明或半透明、均匀并长期稳定的微乳液。1982年Boutnonet等首先在W／O型微乳液的水核中制备出Pt，Pd，Rh等金属团簇微粒，开拓了一种新的纳米材料的制备方法。

微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、溶剂和水(或水溶液)组成。在此体系中，两种互不相溶的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其大小可控制在纳米级范围，反应物在体系中反应生成固相粒子。由于微乳液能对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程，从而形成的纳米粒子包裹有一层表面活性剂，并有一定的凝聚态结构。

1.3微乳液的形成机理

关于微乳液的自发形成, 历史上提出了许多理论: 如Schulman 和Prince 等的负界面张力理论、Schulman 与Bowcoff 的双层膜理论、Robbins 等提出的几何排列理论及Winsor 等发展的R 比理论, 在这些理论中以Winsor 的R 比理论更为完善。R 比理论从分子间相互作用出发, 认为表面活性剂、助表面活性剂、水和油之间存在着相互作用, 并定义为R = ( ACO - AOO - AII) / ( ACW - AWW - Ahh) 。式中ACO和ACW分别为油、水与表面活性剂之间的内聚能, AOO和AWW 分别为油分子之间和水分子之间的内聚能, AII为表面活性剂亲油基之间的内聚能, AWW为表面活性剂亲水基之间的内聚能。微乳液体系中可以分为4 个类型Winsor Ⅰ、Winsor Ⅱ、Winsor Ⅲ和Winsor Ⅳ。Winsor Ⅰ, R < 1 , 是水包油型微乳液; Winsor Ⅱ, R > 1 , 是油包水型微乳液; Winsor Ⅲ是Ⅰ和Ⅱ的中间相, R = 1 , 为中相微乳液, 是双连续相结构。其中Winsor Ⅰ、Winsor Ⅱ、Winsor Ⅲ为三相体系, 在加入合适表面活性剂时可以形成Winsor Ⅳ, 为单相体系, 是Winsor Ⅲ的特殊形式。

1.4微乳液的制备

在制备微乳液的过程中, 无需外加功, 只需依靠体系中各成分的匹配, 但会受油相、温度、pH 值和表面活性剂等因素的影响。①一般的微乳液分散相的

体积越大, 体系温度越高越不稳定; ②表面活性剂需达到一定的量, 量太少无法形成微乳液, 量多时对微乳液影响不大; ③以阴离子表面活性剂形成的微乳液, 助表面活性剂的碳原子数为6 时自由能最低, 当油链与助表面活性剂的碳原子和比表面活性剂的碳原子小1 时, 微乳液最稳定; ④水包油型的体系pH 值越偏离中性, 体系越不稳定。微乳液的结构包括水包油型(O/ W) 、油包水型(W/ O) 和双连续相结构。微乳液的制备可以利用HLB 值法和盐度或温度扫描法。HLB 值法是选择HLB 值为4～7 的表面活性剂可以形成W/ O 型微乳液, 选择HLB 值为9～20 的表面活性剂可以形成O/ W型微乳液。盐度或温度扫描法是在表面活性剂/ 水/ 油做出的相态扫描中寻找微乳液区域, 离子型表面活性剂用盐度法扫描, 非离子型表面活性剂用温度法扫描。以水、油与表面活性剂绘制三元相态扫描, 改变温度和盐度促使体系Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ连续的变化, 这一过程中可以得到微乳液的最佳盐度（S）和最佳增溶参数（SP）.

2微乳液的应用

2.1三次采油

通常的注水驱油法虽然可以提高采油率,但由于地下沙岩的表面粘附了原油,不能为水所湿润,故残油不易被水驱出,现在大约30 %的原油被1 次和2 次采油采出,另外大约20 %的原油必须通过3 次采油采出。3 次采油中多采用微乳液

法, 即按照适当的配方,加入表面活性剂和部分高分子化合物再注入水进行驱油。表面活性剂水溶液注入油井后,与原油形成双连续相微乳液(中相微乳液) , 微乳液与过量的水和过量的油平衡共存,两相间的界面张力达到超低,通常原油和水之间的界面张力为50 mN/ m , 形成微乳相后,其界面张力可以降低到10 - 4 到10 - 5 mN/ m 的数值,明显地降低原油的粘度,增加其流动性,使残留于岩石中的原油流入油井,从而增加原油的采出率,达到深化采油的目的。

2.2纳米材料的制备

W/ O 型微乳液是热力学稳定体系,在W/ O型微乳液中的水核被表面活性剂和助表面活性剂所组成的单分子层界面所包围,故可以看作是一个“微型反应器”,其大小可控制在几十到几百个?之间,尺度小且彼此分离, 并且拥有很大的界面, 在其中可以增溶各种不同的化合物,是理想的化学反应介质。微乳液的水核尺寸是由增溶水的量决定的,随增溶水量的增加而增大。化学反应就在水核内进行成