【摘 要】
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多相乳液在日用护肤、生物医药、新材料制备等方面有诸多应用。在利用微流控技术制备单分散性好、结构可控的乳液时,常会添加表面活性剂来降低体系界面张力并起到稳定乳液的作用。然而,表面活性剂的加入同时带来了动态吸附效应,对微流控制备多相乳液的分散模型和基本规律有着重要影响,因此乳液形成时表面活性剂的动态吸附行为值得深入研究。现有动态吸附研究集中于两相乳液生成过程尺寸分析,而对于多相乳液形成到结构稳定过程中
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多相乳液在日用护肤、生物医药、新材料制备等方面有诸多应用。在利用微流控技术制备单分散性好、结构可控的乳液时,常会添加表面活性剂来降低体系界面张力并起到稳定乳液的作用。然而,表面活性剂的加入同时带来了动态吸附效应,对微流控制备多相乳液的分散模型和基本规律有着重要影响,因此乳液形成时表面活性剂的动态吸附行为值得深入研究。现有动态吸附研究集中于两相乳液生成过程尺寸分析,而对于多相乳液形成到结构稳定过程中表面活性剂动态吸附效应鲜有研究。因此,本文从多相乳液结构的动态变化入手,通过实验与模拟相结合的方式解释微通道制备多相乳液过程中表面活性剂的动态吸附特性。首先,本文使用同轴环管微流控设备稳定制备以乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)为内相,二甲基硅油为中间相,十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液为外相的多相乳液。通过高速摄像显微镜拍摄乳液结构变化的动态照片,与MATLAB程序根据几何分析模拟不同多相乳液结构图像结合,以试差法反推乳液结构变化阶段的界面张力,发展一种微通道中测量多相乳液界面张力的新方法。进而,通过实验对乳液结构变化过程分析,研究了不同浓度的SDS溶液作为外相时,乳液流动过程的动态吸附行为。研究发现,SDS在低于临界胶束浓度的吸附过程可以认为是传质控制的,结合乳液结构变化规律和表面活性剂的动态吸附特性,获得了表面活性剂在液滴流动过程的传质系数,并利用乳液几何结构分析建立一个界面张力预测模型,模型预测结果与实验数据拟合良好。再次,通过动态界面张力计算毛细数Ca,关联液滴生成至结构平衡时间t,由Ca-t判断表面活性剂的动态传质过程在通道内依旧存在,补充了两相乳液无法对乳液流动过程传质分析的短板,根据拟合线趋势侧面证明了表面活性剂增高时传质机制发生改变。对比传质模型与实验数据得出,对于小分子表面活性剂SDS,在高于临界胶束浓度时,吸附机制由传质控制转向吸附控制。最后,在以上研究的基础上,利用十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)进行模型的验证,研究表明,DTAB作为小分子表面活性剂,有着与SDS类似的传质机制,即低浓度下传质控制,高浓度下吸附控制,验证了模型的适用性。并且发现在表面活性剂浓度接近临界胶束浓度时,其吸附机制属于传质与吸附共同控制的过程。
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