粒度仪在微乳液中的应用

激光粒度仪在微乳液中的应用一微乳液的相关介绍1微乳液的提出在19世纪四十年代，Schulman等人研究浓乳状液时，发现当表面活性剂的用量比较大，并有相当大量的极性有机物（如醇类）存在时，可以得到透明的（或近于透明的）“乳状液”。以后的工作确定出这种“乳状液”的分散相质点非常小（小于0.1微米，甚至小到数十埃），故称之为微乳状液。实际上，微乳状液早已应用于生产中，早期的一些地板抛光蜡液、机械切削油等，均为微乳状液。至六十年代以后，微乳状液在石油开采中作为“胶团溶液”用于提高采收率，有比较好的效果，目前仍在继续研究中。2微乳液的形成微乳液的形成一般有比较普遍的规律，即除油、水主体及作为乳化剂的表面活性剂外，还需加入相当量的极性有机物（一般为醇类）。而且，表面活性剂及极性有机物的浓度相当大。这种极性有机物称为微乳状液体系中的辅助表面活性剂。简而言之，微乳状液就是由油、表面活性剂、辅助表面活性剂和水所组成。3微乳液的性质微乳状液为透明的分散体系，多数有乳光，但在显微镜下观察不到质点。其外观呈灰色半透明或透明状，此种体系实际就是微乳状液。如果进一步观察投射光及反射光的颜色，则可以发现乳状液的投射光及反射光均无色，而微乳状液的外观为灰色半透明，其投射光为红色，反射光为蓝色。透明的微乳状液，其透射光及反射光皆为无色。根据光散射、超离心沉降及电子显微镜等方法对一些微乳液的研究，发现质点都很小（小于0.1微米），而且大小比较均匀。微乳液的稳定性很高，放置长时间不分层、不破坏，用普通离心机亦不能使之分层，故一般可用离心机加以鉴定，区分乳状液与微乳状液。在微乳状液体系中，油/水界面张力往往低至不可测量。例如，在水和苯的体系中，如水中的油酸浓度为0.01M，氯化钾浓度为0.5M，而在油（苯）中加入正已醇，则界面张力自未加入正己醇时的大于4因达/厘米降至不可测量的数值；当正己醇的摩尔分数（在苯中）近于0.1时，微乳液形成，整个混合体系变为透明，此时的油/水界面张力已经没有物理意义。4性质比较我们可以把微乳液、乳状液及胶团溶液的一些性质，列于表中并加以比较，以便了解微乳状液的本质。表3.1微乳液、乳状液及胶团溶液的一些性质比较性质乳状液微乳状液胶团溶液分散度粗分散体系质点大于0.1微米显微镜可见质点大小大致在0.01—0.1微米显微镜可见胶团大小一般小于0.01微米，显微镜不可见质点形状一般为球状球状溶液稀时为球状浓时为各种性状透光性不透明半透明至透明一般透明稳定性不稳定；用离心机易于分层稳定；用离心机亦不能使之分层稳定；不能分层表面活性剂用量可少用不一定加辅助表面活用量多需加辅助表面活性超过cmc所需量即可但加溶油或水之量多时须多性剂剂加与油、水之混溶性O/W型与油不混融，W/O型与水不混融与油、水在一定范围内可混溶未达到溶饱和量时，可溶解油或水自上述性质可见，微乳状液是一种介于一般乳状液与胶团溶液之间的分散体系。乳状液中，如表面活性剂之间增加到一定程度，并加入一定量的辅助表面活性剂，则形成微乳状液。在浓胶团溶液中，常可溶解相当量的油（或水）而形成微乳状液（实际上即是膨胀了的加溶了的胶团溶液）。所以，微乳状液具有乳状液和胶团溶液的性质，可以说是一种过渡中间物。这里充分表现出自然辩证法的规律：“一切差异都在中间阶段融合，一切对立都经过中间环节而互相过渡。”由此看来，在差异很大的乳状液和胶团溶液之间，并无绝对分明和固定不变的界限：“除了非此即比，又在适当的地方承认亦此亦比，并且使对立互为中介”。可以说微乳状液即为“亦此亦彼”，即又是胶团溶液，又是乳状液，为有差异的胶团溶液和乳状液相互过渡的产物。5形成机理一般乳状液的形成，主要是由于乳化剂在油/水界面的吸附，形成坚韧的保护膜，同时降低界面张力，使油（或水）较易分散。但无论如何仍有界面，从而界面张力存在，故此种体系是不稳定的，总是力图使界面减少，最后的结果是“油、水不相容”—发生分层现象。没有表面活性剂存在时，一般油/水界面张力大约是30-50达因/厘米（此处的油是指一般非极性有机液体，如脂肪烃和芳香烃等）。有表面活性剂时，界面张力下降；若再加入一定量极性有机物，可将界面张力降至不可测量的程度；此后，即形成稳定的微乳状液。由此可见：当表面活性剂及辅助表面活性剂之量足够时，油水体系的界面张力可能暂时小于零（为负值），但负界面张力不可能稳定存在，体系欲趋于平衡，则必扩大界面，使液滴的分散度加大，最终形成微乳状液。此时，界面张力自负值变为零。此即微乳液的形成机理。6微乳液的应用微乳液一直广泛应用于生产中，而且往往多数是与乳状液联系在一起应用。许多配方，实际上是形成乳状液；在一定条件下才能获得稳定的、高分散度体系。只有在这时，才从乳状液过渡到微乳状液。石蜡分散在水中，如加入较大量的适当乳化剂，可得到质点很细、近于透明的“乳状液”，用作地板上的光蜡液。醇酸树脂等涂料，亦可分散成水包油型的微乳液，作为上光剂。许多机械切削油亦都是水为分散介质的微乳状液。此外，微乳状液也逐渐进入石油生产领域中。总之，微乳液的用途十分广泛，涉及生活、生产的各方面。二激光粒度仪及其原理介绍激光粒度分析仪仪是根据光的散射原理测量粉颗粒大小的，是一种比较通用的粒度仪。其特点是测量的动态范围宽、测量速度快、操作方便，尤其适合测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴。对粒度均匀的粉体，比如磨料微粉，要慎重选用。激光粒度仪集成了激光技术、现代光电技术、电子技术、精密机械和计算机技术，具有测量速度快、动态范围大、操作简便、重复性好等优点，现已成为全世界最流行的粒度测试仪器。激光粒度仪作为一种新型的粒度测试仪器，已经在其它粉体加工与应用领域得到广泛的应用。它的特点是测试速度快、重复性好、准确性好、操作简便。对提高产品质量、降低能源消耗有着重要的意义。激光粒度仪的原理激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。如图1所示。图1激光束在无阻碍状态下的传播示意图米氏散射理论表明，当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ，θ角的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的；大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的，如图2所示。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，测量不同角度上的散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。图2不同粒径的颗粒产生不同角度的散射光为了测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。我们在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器，不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时，光信号将被转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件对这些信号进行处理，就会准确地得到粒度分布了，如图3所示。图3激光粒度仪原理示意图激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以一束平行的激光在没有阻碍的无限空间中将会照射到无限远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。如图7所示。当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，如图8。散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ。散射理论和实验结果都告诉我们，散射角θ的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小，产生的散射光的θ角就越大。在图8中，散射光I1是由较大颗粒引起的；散射光I2是由较小颗粒引起的。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，在不同的角度上测量散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。为了有效地测量不同角度上的散射光的光强，需要运用光学手段对散射光进行处理。我们在图8所示的光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器，这样不同角度的散射光通过富氏透镜就会照射到多元光电探测器上，将这些包含粒度分布信息的光信号转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件用Mie散射理论对这些信号进行处理，就会准确地得到所测试样品的粒度分布了，如图9所示。激光粒度分析仪原理光在传播中，波前受到与波长尺度相当的隙孔或颗粒的限制，以受限波前处各元波为源的发射在空间干涉而产生衍射和散射，衍射和散射的光能的空间（角度）分布与光波波长和隙孔或颗粒的尺度有关。用激光做光源，光为波长一定的单色光后，衍射和散射的光能的空间（角度）分布就只与粒径有关。对颗粒群的衍射，各颗粒级的多少决定着对应各特定角处获得的光能量的大小，各特定角光能量在总光能量中的比例，应反映着各颗粒级的分布丰度。按照这一思路可建立表征粒度级丰度与各特定角处获取的光能量的数学物理模型，进而研制仪器，测量光能，由特定角度测得的光能与总光能的比较推出颗粒群相应粒径级的丰度比例量。激光粒度分析仪采用湿法分散技术，机械搅拌使样品均匀散开，超声高频震荡使团聚的颗粒充分分散，电磁循环泵使大小颗粒在整个循环系统中均匀分布，从而在根本上保证了宽分布样品测试的准确重复。三测试步骤方法测试操作简便快捷：放入分散介质和被测样品，启动超生发生器使样品充分分散，然后启动循环泵，实际的测试过程只有几秒钟。测试结果以粒度分布数据表、分布曲线、比表面积、D10、D50、D90等方式显示、打印和记录.输出数据丰富直观：本仪器的软件可以在各种计算机视窗平台上运行，具有操作简单直观的特点，不仅对样品进行动态检测，而且具有强大的数据处理与输出功能,用户可以选择和设计最理想的表格和图形输出。以下是一些样品的测试数据及其分析通过分析数据及其图像，可以确定样品的种类，可以初步判断是微乳液，达到了稳定的状态。