AEO－3微乳区的初步测定

陈志胜，郭海福，闫 鹏，李 湘，李淑敏

(1．肇庆学院 化学化工学院，广东 肇庆 526061；2．西北综合勘察设计研究院；陕西 西安 710003)

AEO－3微乳区的初步测定

陈志胜1，郭海福1，闫 鹏1，李 湘1，李淑敏2

(1．肇庆学院 化学化工学院，广东 肇庆 526061；2．西北综合勘察设计研究院；陕西 西安 710003)

初步测定了在不同助剂、表面活性剂:助剂、温度及pH值条件下AEO－3的微乳区域，并绘制了拟三元相图；确定了配制AEO－3微乳体系的优化条件．

AEO－3；拟三相图；助剂；温度；pH值

0 前言

微乳法是近20多年来研究出的新方法．与其他化学法相比，微乳法制备的粒子不易聚结，大小可控，分散性好，且该方法设备、工艺简单，是一种具有良好发展前途的纳米粒子制备方法．运用微乳法制备纳米材料在实践中越来越受重视．而用微乳反应法制备超细催化剂颗粒，其前提是确立由水、油、表面活性剂和助表面活性剂组成的微乳单相区，在这方面，最方便、最有效的工具就是相图．根据Gibbs相律，f＝C－ф＋2．式中，f，C和ф分别为平衡体系的自由度数、独上组分数和相数，而实际微乳体系多为四元或四元以上体系．对四组分体系，据Gibbs相律，C＝4，f＋ф＝6，体系最少为一相，最多有5个自由度．若温度、压力同时固定，则f＋ф＝4，f最多为3，此时，体系不能用平面三角相图，只能用正四面体相图表示．要作出完整的正四面体相图非常繁琐，需要大量的实验测定工作．除非是描述很重要体系的详细相行为，否则是无必要的．从实用的观点看，通常为了研究或比较不同表面活性剂在特定体系中的应用性能，而从整个相图中截取某一面，获得局部相图即可满足要求．这样一种局部相图中，将2个独立变量通过某种联系(如固定配比)而变成实际上的1个独立变量，增加了1个浓度限制条件，C＝3，f＋ф＝3，f最多为2，便可用平面三角相图表示．这种局部相图称为拟三元相图，它比整体相图简单许多．经合并而得的组分称为拟组分．拟三元相图与三元相图的表示方法和相图的性质完全相同．笔者在描绘AEO-3微乳相图时亦采用拟三元相图的形式．

目前，微乳化技术已渗透到日用化工、精细化工、石油化工、材料科学、生物技术以及环境科学等领域，成为当今国际上热门且具有巨大应用潜力的研究领域．然而在相关研究中，有关微乳区域测定方面的文献报道却极少，致使许多化学工作者做了大量重复性工作，鉴于此，笔者详细测定了AEO-3的微乳区域并绘制了相应的拟三元相图，以供同行参鉴．

1 实验药品及仪器

1．1 实验药品

实验所用药品如下：AEO-3(化学纯，天津广成化学试剂有限公司)；正丁醇(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；异戊醇(分析纯，天津市福晨化学试剂厂)；环己烷(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；正辛醇(分析纯，汕头市西陇化工厂)；正丙醇(分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司)；氨水(分析纯，汕头市光华化学厂)．

1．2 实验仪器

实验所用仪器如下：集热式恒温加热磁力搅拌器（DF－101S型，巩义市英峪予华仪器厂）；精密温度计(精确度为0．050℃，测量温度为50．00～100．00℃，易达兴业电子有限公司)；精密电子天平(JA5103N型，精确0．001 g，量程为500．000 g，上海民桥科学仪器有限公司)；磁力搅拌器(JLZ－4型，上海大普有限公司)．

2 AEO-3微乳区域的测定及拟三元相图

微乳区域的测定常用电导法和目测法．电导法是固定好表面活性剂、助表面活性剂、油相的用量后，逐渐增加含水量，体系即由浑浊变为透明的微乳液体系，继续增加水量到某一点时，体系的电导等性质会突然升高[1]，记录至电导突变的溶水量，即为最大增溶水量(Smax)，并以此绘制拟三元相图；目测法是在水浴中，将表面活性剂和助表面活性剂按一定比例均匀混合，然后在搅拌条件下慢慢滴入蒸馏水，观察溶液由浑浊变得澄清，再由澄清变为浑浊，记录此2点间滴加的水量，得微乳液的稳定区域，确定最大溶水量，并以此绘制拟三相图．本实验中，笔者采用目测法进行测试．

2．1 助表面活性剂对微乳体系的影响

助表面活性剂在微乳液的形成过程中主要起3种作用[2]：一是降低表面张力[3]，使更多的表面活性剂被吸附到界面上；二是降低界面的刚性，增加界面的柔性，使界面更易于流动，减少微乳液生成时所需的弯曲能，使微乳液滴容易生成；三是可以起到微调表面活性剂HLB值的作用．选择合适的助表面活性剂可以使微乳液的形成速率加快，使制得的液滴更强、更均匀．

图1为在20℃的温度下，AEO-3分别和正丁醇、正辛醇、异戊醇复配时的最大溶水量曲线，其中AEO－3与3种醇的质量比均为2:1．由图1可知，正丁醇作为助剂时不仅存在最大溶水区，而且溶水面积最大，故此选择正丁醇作为助剂测量其他条件下AEO-3的溶水区域．

2．2 表面活性剂与助表面活性剂间的质量比(S/AS)对微乳体系的影响

助剂起着调节界面张力、改变“微反应器”形貌、增加表面活性剂溶解度和降低无机盐溶解度的作用[4]；但醇的加入并不是越多越好，因为当醇含量过多时，醇只能游离在有机相中，同时降低界面膜的强度．另外，由于醇是极性分子，如果加入过量会引起破乳，或因为醇与表面活性剂的过分缔合而破坏微乳液的稳定性，因此，选择合适的助表面活性剂用量对形成稳定的微乳液体系非常重要．

由图2可知，当S/AS为3:2时比2:1时微乳区域略微下降，但变化不明显；而当S/AS为3:1时出现1个极值，但微乳区较窄，且微乳面积总体较小，微乳体系稳定性差，故最佳S/AS为2:1．

2．3 温度对AEO－3微乳体系的影响

表面活性剂的性质也会随着温度的改变而改变．从溶解性看，随着温度的升高，表面活性剂的水溶性下降，油溶性增强；从胶团结构看，在低温下表面活性剂形成正胶团，而在高温下形成反胶团，在中间温度可形成层状胶团(表面活性剂相)[1]245．在中等水/油比范围内，温度升高导致Ⅰ－Ⅲ－Ⅱ转变，而在水过量区和油过量区则导致Ⅰ－Ⅳ－Ⅱ转变，非离子表面活性剂的水溶性来自E0链中醚氧原子与水分子形成氢键的作用．由于氢键强度随温度升高而下降，在温度足够高时断裂而发生相分离(浊点现象)，因此温度对非离子表面活性剂的亲水亲油平衡有较大的影响[1]242．此外，温度升高也使非离子的分子面积增大，导致增溶能力下降[1]272．由此可知，研究温度对微乳液体系稳定性的影响是非常必要的．

由图3可知，随着温度升高，AEO－3微乳区先是略有增大，当温度升到40℃时则开始下降，这与文献理论相一致．即对于特定组成的微乳液体系，有一个最佳温度范围区间，在此温度范围内，微乳液区域会随着温度的升高而增大[1]245；但当温度继续升高而超出此温度范围时，会使表面活性剂的亲水性降低，造成体系的微乳液区域面积减小．从实验结果（图3）看，AEO－3的较适宜温度为30℃．当然，温度升高必会导致成本上升．此外，通过该实验还可以知道，对AEO－3微乳体系可采用高温方法进行破乳．

2．4 pH值对AEO－3微乳体系的影响

在无机纳米材料的合成中，pH值是一个非常重要的反应条件．因为在某些沉淀反应中，往往通过调节pH值达到完全沉淀的目的；另外，有些晶体的生长环境也是依赖于一定的pH值范围的：因此，在制备无机纳米材料过程中控制pH值是非常关键的．

由图4可知，AEO－3微乳体系在pH值为7～9时微乳相区变化不大，体系具有较高的稳定性．这主要是因为非离子表面活性剂在水溶液中不电离，离子对AEO－3亲水基的水化度影响较小造成的．

在微乳液的制备中，油相的影响不大[5－7]，故在此不再测试．

另外，电解质离子对微乳液区域面积的影响有2个相反的作用：一是电解质的加入，使得CMC和界团张力降低，有利于增溶能力的提高和区域面积增大；二是电解质的加入，会压缩胶束的双电层，降低表面活性剂极性基之间的斥力，使栅栏层排列紧密，此外还会产生盐析作用，使体系中表面活性剂的含量大幅度减少，两者作用会使表面活性剂增溶能力下降，同时使区域面积迅速减少．不同电解质离子对具体微乳体系的影响主要看哪个方面占主导地位．不同价态阳离子对减少微乳区面积的顺序一般为三价＞二价＞一价[1]141；同时，同种电解质不同的浓度也会对微乳体系的微乳面积产生影响．

3 结论

通过对不同环境下AEO－3微乳区域的详细测定，可以得出如下结论：

1）配制AEO－3微乳液的最佳条件是以正丁醇为助剂，温度调节为30℃，S/AS＝2:1，pH值控制在7～8．此时微乳区域最大，稳定性好．

2)AEO－3微乳体系可采用高温进行破乳．

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Preliminary Determination of Microemulsion Zone of AEO-3

CHEN Zhisheng1,GUO Haifu1,YAN Peng1,LI Xiang1,LI Shumin2

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Zhaoqing University,Zhaoqing,Guangdong 526061,China;2.Northwest Research Institute of Engineering Investigations and Design,Xian,Shanxi 710003,China;)

A preliminary determination was done on the microemulsion region of the AEO-3 in different auxiliary,ratio of surfactants:auxiliary,temperature and pH value,and the three-phase diagram were painted,and the configuration of the optimized microemulsion system was established.

AEO-3;three-phase diagram;auxiliary;temperature;pH

06－0

A

1009－8445（2011）02－0042－04

(责任编辑：陈 静)

2011－01－06；

2011－02－25

张利超（1980－），男，河南新乡人，仲恺农业工程学院体育部讲师，硕士．