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乳液是热力学不稳定体系,为了使这个体系达到长时间的稳定,人们通常会向水相或油相中加入表面活性剂。但是,表面活性剂稳定的乳液存在许多性能上的缺陷,如乳液稳定性易受环境影响,部分表面活性剂毒副作用大等。在后来的研究中,人们发现纳米颗粒材料也可以用来稳定乳液,这类颗粒稳定的乳液通常被称为Pickering乳液。研究学者发现颗粒在界面具有很好吸附性能,表面亲疏性不同的颗粒可以作为乳化剂,发泡剂甚至消泡添加剂使用。颗粒的使用不仅降低了生产过程中表面活性剂的用量,降低了成本,而且也为界面稳定和破坏提供了新方法和新思路。 本文首先通过传统的化学改性法合成了链长不同的烷醇改性二氧化硅颗粒,它们分别为C10-SiO2、C12-SiO2、C14-SiO2和C16-SiO2。以不同链长的烷醇为改性剂,有机溶剂二甲苯作为颗粒的分散液,对甲苯磺酸为脱水反应催化剂,球磨1h后继续90℃加热反应4h,乙醇洗涤后得到最终产物。使用红外(FT-IR)、热重(TGA)和静态接触角(气-水接触角)对改性颗粒进行了表征。制备出的颗粒分别应用为颗粒乳化剂和有机硅消泡乳液添加剂。 C10-16-SiO2颗粒作为Pickering乳液乳化剂时,颗粒所带碳链越长,制备乳液所需的颗粒就越少。使用十六烷基-SiO2颗粒作为乳化剂时,颗粒浓度(相对于乳液质量)为1.5wt%,气·水接触角为104.6°时制备的正己烷/水乳液具有很好的稀释稳定性,pH稳定性和离心稳定性。在油水体积比不变的情况下,调整颗粒的疏水性至130°附近时可引发乳液由O/W到W/O的相转变。 除上述实验之外,我们还尝试通过一步法制备Pickering乳液和改性的二氧化硅颗粒,这个反应在油水界面进行,制备的乳液可以稳定长达三个月。实验中将pH=2~13,质量分数为5wt%二氧化硅的水分散液、环己酮和PMHS混合,保证水相与环己酮相的体积比为1∶1,PMHS与颗粒的质量比为0.4∶1,球磨反应4h后制得了可稳定3个月的Pickering乳液。之后我们用有机溶剂破乳,离心分离吸附在界面的颗粒,洗涤烘干后得到了改性的PMHS/SiO2杂化颗粒。红外(FT-IR)、热重(TGA)、静态接触角(气-水接触角、油-固-水三相接触角)和硅谱对该性颗粒进行了表征,并用数码相机和显微镜记录了乳液的稳定性变化。 此方法中,PMHS作为共乳化剂和颗粒改性剂使用。单纯SiO2颗粒稳定的环己酮水乳液只在二氧化硅等电点pH=2.13附近比较稳定,碱性环境中油水相完全分离。在制备过程中加入PMHS后,各个pH下乳液的稳定性均有所上升。在酸性环境中,PMHS的存在可以与颗粒发生交联,提高颗粒网络结构的强度使得制备的乳液更加稳定。在碱性环境下,PMHS长链上的活性-Si-H基团会在碱的催化下与SiO2上的-Si-OH反应,增加颗粒表面疏水性,并连接离散的颗粒形成杂化网络结构。在pH=10时,实验测得的颗粒的气-水静态接触角为105.46°,油-固-水三相接触角为88.13°的颗粒。这类颗粒可以制备具有良好的稀释稳定性,钠离子稳定性和离心稳定性的Pickering乳液。与此同时,相比于单纯颗粒稳定的乳液,加入了PMHS的乳液具有较低的乳液液滴粒径分布和较高的稳定的乳液体积。在pH=11时,PMHS稳定的环己酮/水乳液可发生O/W至W/O的转相。 将C10-16-SiO2颗粒和PMHS/SiO2颗粒分别添加到二甲基硅油中制成乳液消泡剂时,我们发现,在使用C10-16-SiO2颗粒的情况下,表面接有较长的碳链,颗粒接触角在110°左右,且颗粒占硅油的质量分数为3.5wt%时,制备出的消泡剂乳液消泡性能最好,即消泡时间短,抑泡次数多。在使用碱性乳液中离心出的PMHS/SiO2颗粒时,颗粒占硅油质量分数为3wt%,颗粒气-水接触角为110°时,制备的乳液消泡剂消泡性能最好。但是经实验证实PMHS-SiO2颗粒/硅油消泡剂乳液的消泡效果和抑泡效果均不如C10-16-SiO2颗粒/硅油消泡剂乳液。