微乳液
微乳液是兩種不互溶的液體形成的熱力學穩定、各向同性、外觀透明或半透明的分散體系,微觀上是由表面活性劑界面膜所穩定的一種或兩種液體的微滴所構成。
在結構方面,微乳液有O/W和W/O兩種類型:O/W型即油相分散在水相中,W/O型即水相分散在油相中。分散相質點通常為球形,半徑非常小(10一100nm),是熱力學穩定體系。因而,微乳液也可以說是一種水相、油相、大量表面活性劑和助表面活性劑(一般為中等長鏈的醇)混合以後自發形成的透明或半透明的體系。其中,無論對微乳液的製備還是其穩定性來說,表面活性劑都起著重要的作用。其作用歸納如下:
1. 降低界面張力
界面張力是導致乳液熱力學不穩定的根本原因。表面活性劑在油包水界面的吸附使界面張力大大降低,從而有利於微乳液的穩定。
2.決定微乳液的類型
眾所周知,表面活性劑分子中同時具有親水基團和親油基團,其HLB值(Hydrophile-Lipophile Balance,親水親油平衡值)是決定微乳液類型的根本因素。HLB值高則親水性強,HLB值低則親油性強。只有HLB值在3-7的表面活性劑(如季銨鹽類、十六烷基三甲基溴化銨)才適宜做W/O乳化劑,而HLB值在8-18的表面活性劑(如吐溫類)則適宜做O/W乳化劑。
3.產生界面張力梯度和Gibbs一Marangnoi效應
界面張力梯度及由此產生的Gibbs一Marangnoi 效應使液膜穩定,從而有利於增強微乳液的聚結穩定性。
4.導致靜電效應和位阻排斥效應
離子型表面活性劑在O/W界面的吸附使微乳液的液滴帶有電荷,從而在O/W界面上產生雙電層。雙電層的排斥效應能有效地阻止液滴間的不可逆絮凝,從而也就不可能發生聚結;對於非離子表面活性劑,吸附膜產生的位阻排斥效應是防止液珠聚結的主要因素。
5.增加界面粘度
許多研究表明,界面粘度越高,微乳液越穩定。因為液滴聚結時,界面上的乳化劑要移位,而高界面粘度阻礙了這種移位,從而有效地阻止了聚結的發生。
6.避免液晶相的形成
在微乳液中不希望形成液晶相時,可以加入中、短鏈醇類作為助表面活性劑。因為中、短鏈醇可以增加界面的柔性,避免液晶相的形成。
微乳液的形成機理
微乳液和普通乳狀液有兩個根本的不同點:
第一,普通乳狀液的形成一般需要外界提供能量,如經過攪拌、超聲粉碎、膠體研磨處理等才能形成,而微乳液的形成是自發的,不需要外界提供能量;
第二,普通乳狀液是熱力不穩定體系,在存放過程中將發生聚集最終分成油水兩相,而微乳液是熱力學穩定體系,不會發生聚結,即使在超離心作用下出現暫時的分層現象,一旦取消離心立場,分層現象即消失,還原到原來的穩定體系。
關於微乳液的自發形成,Shculmna和Prince等提出了瞬時負界面張力理論。該機理認為,在表面活性劑存在下O/W界面張力大大降低,一般認為幾個mN/m,這樣低的界面張力只能形成普通乳狀液。但在助表面活性劑的存在下產生混合吸附,界面張力進一步降低至(10-3~10-5mN/m),甚至在某一瞬間產生負界面張力。由於負界面張力不能存在,因此體系將自發擴張界面,使更多的表面活性劑和助表面活性劑吸附於界面,從而使其體積濃度降低直至界面張力恢復或為零或微小的正值,這種由瞬時界面張力而導致的體系界面自發擴張的結果就形成了微乳液。如果微乳液發生聚結,則界面積縮小,又產生負界面張力,對抗微乳液聚結,這就解釋了微乳液的穩定性。因為負界面張力無法用實驗測得。所以這一機理尚缺乏實驗基礎。
另有研究表明,當發生表面活性劑穿越O/W界面的擴散時,微乳液的形成中,助表面活性劑對這種擴散也起了重要作用,它使動態界面張力降低至零甚至是負值,從而引起自髮乳化。因此,助表面活性劑在微乳液形成中的作用可歸納如下:
1.降低界面張力;
2.增加界面的柔性;
3.調節HLB值和界面的自發彎曲,促使微乳液自發形成。