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《山东大学》 2008年
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疏水缔合羟乙基纤维素(HMHEC)及其与锂皂石、表面活性剂复配体系稳定的乳状液

孙文彬  
【摘要】: 近年来,大分子表面活性剂作为乳状液乳化剂和稳定剂已经引起了人们广泛的关注。在众多的大分子表面活性剂当中,疏水缔合聚合物已经成为人们研究的热点之一。因为这类聚合物不仅在涂料、化妆品、食品、药物载体、强化采油及水处理方面具有广泛的应用,而且还因其具有类似蛋白质的二级结构形成的密实分子团,也适用于生物大分子体系的研究。这类聚合物是一种亲水主链上带有少量疏水基团的聚合物,由于具有两亲性,它们可以降低体系的表、界面张力,尽管这种降低表、界面张力的能力比传统小分子表面活性剂小的多。然而,由于其较大的分子结构及其分子主链上疏水基团的缔合作用,其水溶液的增稠能力要比小分子表面活性剂水溶液的增稠能力强的多。因此,其稳定乳状液的机理也与小分子表面活性剂大相径庭。另外此类聚合物还能够与固体颗粒或小分子表面活性剂发生强烈的相互作用,形成复配体系共同稳定乳状液。因此,本论文选择疏水缔合的羟乙基纤维素(HMHEC)作为主要研究对象,系统的研究了HMHEC单独及其与纳米固体颗粒(合成锂皂石Laponite)、表面活性剂(SDS、CTAB)复配体系对乳状液稳定性的影响,总结了乳状液稳定性的变化规律,探讨了稳定机理,对于以此类聚合物制备和稳定的乳状液的研究具有理论和实际意义。本文的主要内容包括以下三个部分: 一、HMHEC单独稳定的乳状液 本部分通过界面张力、流变、激光光散射、环境扫描电子显微镜(ESEM)及总有机碳(TOC)等多种现代实验技术系统的研究了HMHEC水溶液及由其制备的乳状液的性质,考察了各种因素对乳状液稳定性的影响。研究发现: 由于HMHEC分子主链上带有少量疏水基团,因此其可以在油/水界面上吸附,降低HMHEC/水/油体系的界面张力,提供了乳化的条件。HMHEC在稀溶液中主要以分子内缔合为主,分子链卷曲,溶液粘度较低;当其浓度超过一定值(本实验中为0.6 wt%)时,则会发生分子间缔合,溶液粘度迅速上升。浊点实验表明HMHEC具有很高的抗盐性。 HMHEC水溶液的粘度是影响乳状液分层稳定性的重要因素,并且当体系中HMHEC的浓度较高时,乳状液中会形成具有弹性性质的三维网状结构,乳液滴被“捕获”在网格中,降低了乳液滴的沉降速率,因此乳状液的分层稳定性也随之大大提高。 光学显微镜及激光光散射实验结果表明,乳液滴粒径随HMHEC浓度的增加而减小,粒度分布也趋于均匀。 用环境扫描电子显微镜(ESEM)观察了乳液滴的表面形貌及HMHEC在乳液滴上的吸附。实验结果表明,HMHEC分子可以借助疏水相互作用通过HMHEC的疏水侧链向油相扩散,并在乳液滴表面上形成吸附膜,这一吸附膜就像是液滴的一层“坚固的皮肤”,可以阻止乳液滴的聚结,提高乳状液的聚结稳定性。并且总有机碳(TOC)实验结果表明,HMHEC浓度越高,其在乳液滴上的吸附量越高。 在乳状液抗盐性实验中发现,盐不会对乳状液的稳定性产生明显影响。 二、HMHEC/Laponite混合水分散体系稳定的乳状液 本部分主要研究了HMHEC与锂皂石颗粒的相互作用及HMHEC/Laponite混合水分散体系制备的乳状液性质。 HMHEC加入到锂皂石水分散体系中会影响锂皂石颗粒的分散状态,HMHEC会在颗粒表面上发生吸附,使锂皂石颗粒的zeta电位降低,导致颗粒絮凝,并且絮凝程度随着体系中HMHEC浓度的增加而提高;当颗粒浓度增加到一定值时,颗粒则会通过HMHEC分子间的疏水缔合作用桥联起来,形成高强度的凝胶。 通过调节颗粒浓度、HMHEC的浓度及油相质量分数,成功地制备了由HMHEC/Laponite混合水分散体系稳定的O/W乳状液。对于油相质量分数相同乳状液,体系中锂皂石颗粒的浓度越高,乳状液的稳定性越高,乳液滴粒径越小。对于颗粒浓度相同的乳状液,油相质量分数高的乳状液的稳定性高,但是粒径较大。 HMHEC/Laponite混合水分散体系的粘度随HMHEC浓度的增加而增加,在一定条件下会形成结构很强、三维网状结构的凝胶。其较高的粘度可以有效地提高乳状液的分层稳定性,并且此网状结构可以将乳液滴“捕获”在网格内,从而有效的防止乳液滴的聚结。HMHEC/Laponite混合水分散体系中的复合颗粒可以在乳液滴表面吸附,形成的吸附层可以大大提高乳状液的聚结稳定性。 三、HMHEC与表面活性剂复配稳定的乳状液 本部分通过多种实验手段研究了HMHEC与SDS及CTAB在水溶液中的相互作用,并制备了由HMHEC/SDS及HMHEC/CTAB复配体系稳定的乳状液,考察了各种因素对乳状液稳定性的影响。 在水溶液中,HMHEC与表面活性剂之间会发生较强的疏水缔合作用。随着表面活性剂浓度的增加,HMHEC/表面活性剂混合水溶液的粘度出现先增加达到一个最大值而后降低的现象,符合疏水缔合聚合物与表面活性剂相互作用的经典模型。 与HMHEC水溶液相比,HMHEC/表面活性剂复合物具有更强的降低油/水界面张力的能力,乳化过程更易进行。由HMHEC/表面活性剂混合水溶液制备的乳状液的稳定性随表面活性剂浓度的增加而提高,乳液滴的粒径则随之减小。 与单独由表面活性剂水溶液制备的乳状液相比,HMHEC/表面活性剂混合水溶液制备的乳状液的稳定性要高得多,一是由于表面活性剂的HLB值与乳化液体石蜡所需要的HLB值相差较大,二是由于表面活性剂水溶液的增稠能力较低,因此其制备的乳状液稳定性也较差。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:O648.23

【引证文献】
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