微乳液的性质与应用

微乳液的性质与应用

应化1008 马亚强 2010016218

Abstract：I n this article , the conception , structure , properties and preparation of microemulsion have been summarized .In addition,the application of microemulsions in tertiary oil recovery,pharmaceutical, porous materials and cosmetics have been introduced.

Keywords:microemulsion ; surfactant ; cosurfactant ; surface tension ; HLB value

前言：

微乳液自1943年由Hour和Schulmant 发现以来，其理论和应用研究取得了很大进展，20世纪70年代发生世界石油危机后，由于微乳体系在3次采油技术中显示出巨大潜力而迎来了发展高潮。特别是20世纪90年代以来，微乳液的应用领域迅速拓展，除了3次采油技术外，目前已渗透到日用化工、精细化工、生物技术、环境科学和分析化学等领域;而且,现代高新技术和新型功能材料，如纳米材料、气敏材料、多孔材料等的制备与应用中，都与微乳液有密切关系。微乳液已成为当今国际上热门的具有巨大潜力的研究领域。

1.微乳液的性质和组成

1.1 微乳液的性质：微乳液明确定义是由水、油、表面活性剂及助表面活性剂四组份, 在适当比例下, 自发形成的透明或半透明的热力学稳定体系。分散相粒径在0.1μm以下。而普通乳状液分散相颗粒在0.2

μm∽50μm, 是热力学不稳定体系静置会发生分相，通常是乳色、不透明的。微乳液与普通乳状液相比具有许多优异性能,例如稳定性高, 分散颗粒小且均匀, 外观透明等。微乳液是水和烃类液体的分散系, 由于界面间有一层表面活性剂分子膜而稳定存在, 具有热力学稳定性及各向同性的光学特性, 根据表面活性剂性质和微乳液组成的不同, 微乳液可呈现为水包油和油包水的单分散性球状液滴( 直径50A ∽1000A) 。微乳液的微粒直径大于分子溶液和胶束溶液, 但小于乳状液和胶体溶液。微乳液和乳状液可通过透明性很容易区分开来(乳状液不透明)，为了形成微乳液, 所选表面活性剂必须使水油间界面张力降至10- 3mN/m∽10- 5mN/m。

1.2 微乳液的组成：微乳液是由水(或盐水)、油、表面活性剂和助表面活性剂等组分在适当比例下,自发形成透明的或者半透明的稳定体系。表面活性剂是指在加入量很少时即能明显降低溶剂表面张力，改变系统的界面状态，能够产生润湿，乳化，起泡，增溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用的要求的一类物质。表面活性剂可按离子类型分为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性表面活性剂。助表面活性剂能改变表面活性剂的表面活性及亲水亲油平衡性，参与形成胶束，调整水和油的极性。助表面活性剂一般是醇类，水溶性醇可减小水的极性，油溶性醇可增加油的极性，从而影响体系的相态和相性质的微乳成分。例如，在配制微乳液时的助表面活性剂主要有乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇、杂醇油、对壬基酚等。醇的存在对微乳液

的生成是非常重要的。

2.微乳液的形成机理

混合膜理论：Schulman和Prince认为微乳液是多相体系，它的形成是界面增加的过程。他们从表面活性剂和助表面活性剂在油水界面上吸附形成作为第三相的混合膜出发，认为混合吸附膜的存在使油水界面张力可降至超低值，甚至瞬间达负值。由于负的界面张力不能存在，从而体系自发扩大界面形成微乳，界面张力升至平衡的零或极小的正值。因此微乳形成的条件是γO/W-π<0(γ为微乳体系平衡界面张力；γO/W为纯水和纯油的界面张力；π为混合吸附膜的表面压)。但是油水界面张力一般约在50mN/m，吸附膜的表面压达到这一数值几乎不可能，因此应将上式中γO/W视为有助表面活性剂存在时的油水界面张力(γO/W)a，上式可变为(γO/W)a-π<0。助表面活性剂的作用是降低油水界面张力和增大混合吸附膜的表面压。此外，助表面活性剂参与形成混合膜，能提高界面柔性，使其易于弯曲形成微乳液混合膜作为第三相介于油和水相之间，膜的两侧面分别与油、水接触形成两个界面，各有其界面张力和表面压，总的界面张力或表面压为二者之和。当混合膜两侧表面压不相等时，膜将受到剪切力而弯曲，向膜压高的一侧形成W/O或O/W型的微乳液。

3.微乳液的结构

3.1 W/O 型结构：根据微乳液的伪相模型，W/O 型微乳液由油连续相、水核及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜3相构成。W/O 型微观结构示意图如图1(1)所示。

3.2 O/W 型结构：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构成。O/W 型微乳液的结构示意图如图1(2)所示。O/W型微乳液的拟相组成不能用稀释方法得到，除非用具有足够浓度的盐水屏蔽油滴间的静电排斥力。

3.3 双连续相结构：双连续相结构最早由Friberg 提出。在双连续的微乳液中，油和水同时作为连续相，双连续相结构具有W/O 和O/W 两种结构特性，没有明显的油滴或水滴，它的结构是类似于水管在油相中形成的网络，如图1(3)所示。

4.微乳液的制备

4.1 制备原理：W/O型微乳液是由油连续相、水核及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面三相构成，水核被表面活性剂与助表面活性剂组成的单分子层界面所包围，形成单一均匀的纳米级空间，所因此可以将其看作一个微型反应器。微乳液是热力学稳定体系，在一定条件下具有保持稳定尺寸自组装和自复制的能力，因此微乳液提供了制备均匀尺寸纳米微粒的理想微环境。用W/O微乳液制备纳米级微粒最直接的方法是将含有反应物A、B的两个组分完全相同的微乳液溶

液相混合，两种微乳液的液滴通过碰撞融合，在含不同反应物的微乳液滴之间进行物质交换，产生晶核，然后逐渐长大，形成纳米粒子。用W/O体系制备微粒时，微粒的形成一般有以下三种情况：(a)将两个分别增溶有反应物的微乳液混合，此时由于胶团颗粒间的碰撞、融合、分离和重组等，使两种反应物在胶束中互相交换、传递，引起核内化学反应；(b)一种反应物增溶在水核内，另一种反应物以水溶液形式与前者混合，后者在微乳液体相中扩散，透过表面活性剂膜层向微乳液滴内渗透，在微乳液滴内与前者反应，产生晶核并生长；(c)一种反应物增溶在水核内，另一种为气体，将气体通入液相中充分混合，使二者发生反应而制得纳米微粒。

4.2制备方法

4.2.1 HLB法：表面活性剂的HLB值（亲水亲油平衡值)对微乳液的形成至关重要。HLB为4～7的表面活性剂可形成W／O型微乳液。通常离子型表面活性剂HLB值很高，需要加人中等链长的醇或HLB低的非离子型表面活性剂进行复配，经过试验可以得到各种成分之间的最佳比例。对非离子型表面活性剂可根据其HLB值对温度很敏感的特点进行确定，即在低温下亲水性强、高温下亲油性强。含非离子型表面活性剂的体系随着温度的提高，会出现各种类型的微乳液。当温度恒定时，可通过调节非离子型表面活性剂的亲水基和亲油基比例达到所要求的HLB值。

4.2.2 盐度扫描法：当体系中油的成分、油一水体积比(通常为1)、表面活性剂与助表面活性剂的比例和浓度确定后，改变体系的盐度