Page 17 - 《精细化工》2020年第5期
P. 17
第 5 期 郭永顺，等: 复合型乳液拓扑结构调控及其应用研究进展 ·867·
清华大学的徐建鸿课题组 [7,23-32] 利用微流体法 一旦分散相渗透到主通道中，油相中的乙醇就转移
在复合型乳液的拓扑结构设计和调控等方面也进行 到连续水相，然后在 T 结处剪切形成 W/O/W 型双
了大量的研究。2012 年，该课题组 [33] 利用微流体方 重乳液。通过改变表面活性剂的浓度和油相的组成，
法，调控得到了单分散的水包油包气（G/O/W）和油 最终实现复合乳液拓扑结构的调控。
包水包气（G/W/O）的双乳液。通过对内相组分和流 目前，利用微流体技术构建 Janus 乳液并调控
体流量的控制，可以调控得到内相组分不同但拓扑 其拓扑结构已较为成熟，该技术能够对复合型乳液
结构一致的双乳液。与此同时，该课题组还开发一 的液滴尺寸分布、拓扑结构以及组成成分进行精细
种数学模型用于对双乳液拓扑结构和尺寸进行调控。 调控，这有助于制备表面结构更为精密的材料，可
同年，该课题组 [34] 对此调控体系进行了改进， 进一步提高复合型乳液在高端智能领域的应用。但
消除了双通道内的流体汇合时所产生的相互干扰， 微流体技术存在装置复杂、制备效率低、难以大规
确保了内相和中间相的流动独立性，制备得到具有 模制备复合乳液等问题，这些弊端限制了其在实际
高气体体积分数的 G/O/W 乳液，并且调节油相和水 生活中的应用。
相的流速以得到不同油层厚度的复合乳液。该课题 1.2 相分离法
组 [35] 还利用去离子水为内部水相，乙氧基化三羟甲 除了使用微流体法对复合乳液拓扑结构进行调
基丙烷三丙烯酸酯单体（ETPTA）为内部油相，以 控之外 [38-39] ，相分离法也是调控的常用方法。其主
及混有表面活性剂脱水山梨醇油酸酯（Span80）的 要是通过刺激诱导相分离和质量转移诱导相分离使
液体石蜡为外部油相，成功制备出 W/O 型 Janus 乳 含有多个成分的均相液滴发生相分离形成微分散相
液。通过对拓扑结构理论分析模型和液体理化性质 小液滴，这些小液滴发生聚集，最终将初始的普通
的研究发现，改变两种不相溶内相的流速比会使乳 乳液重塑成拓扑结构更复杂的复合型乳液。
液拓扑结构发生变化。并且，当流体在毛细管汇合 1.2.1 刺激诱导相分离
处形成 Janus 乳液时，由于 Span80 在液体石蜡中的 刺激诱导相分离指的是通过对体系进行热、光
浓度不同，会使得三相界面张力发生变化，从而形 或 pH 处理，使体系中两个或多个组分的溶解度等
成不同拓扑结构的 Janus 乳液。 性质发生变化，最终实现调控复合乳液拓扑结构的
另外，该课题组 [36] 对三相复合乳液的拓扑结构 目标。2014 年，CHEONG 课题组 [40] 设计了一种基
进行了系统的研究。结果发现，除了利用微流体装 于螺吡喃衍生物（SPO）、N-异丙基和荧光基团聚
置精确调控复合乳液的拓扑结构之外，通过对液滴 合而成的无规共聚物，利用无规共聚物、表面活性
所处环境的溶液进行替换，液滴内部两相界面张力 剂 Span80 和添加剂 2,2-二乙氧基苯乙酮（DEAP）
会发生改变，导致复合乳液能够在 4 种拓扑结构之 在 W/O 液滴中的共同作用，在紫外光下诱导液滴发
间实现可逆的变化（见图 3）。 生相分离以调控得到不同拓扑结构的复合乳液。研
究发现，在紫外线照射下，无规共聚物中的 SPO 基
团能发生螺-部花青异构化产生氢键受体，而 DEAP
则会裂解成含有氢键供体的衍生物，两者发生氢键
作用导致共聚物的亲水性降低，从而发生相分离，
而 Span80 能加速 W/O 液滴中的相分离以得到 Janus
液滴（见图 4）。此外，通过控制紫外光的开闭以
及照射时间，可以得到不同拓扑结构的复合乳液。
光是一种较为易得的资源，以光为刺激源诱导相分
图 3 4 种复合乳液的拓扑结构及其界面关系的变化过程 [36] 离调控复合型乳液的拓扑结构具有无污染、效率高、
Fig. 3 Transformation process between four complex 响应快且操作简单等优点。
emulsions topological structure and their interface 温度的高低会影响各种化学成分在体系内的物
relationships [36]
理化学性质，因此，可在不同温度下构建不同拓扑
考虑到流体在毛细管道内流动时会受到黏性和 结构的复合型乳液。2015 年，SWAGE 课题组 [41] 将
剪切应力的干扰，MIDDELBERG 课题组 [37] 以葵花 在常温下具有最低共溶点（T C ）的正己烷（H）和
籽油、乙醇和水混合物为分散相，十二烷基硫酸钠 全氟正己烷（F）作为分散相，氟碳表面活性剂 Zonyl
（SDS）溶液为连续相，先将三元分散相从垂直通 FS-300 水溶液为连续相，在高于 T C 时对体系进行乳
道引入，而含有 SDS 的连续水相则从平行主通道流 化，然后冷却到 T C 以下诱导液滴发生相分离以产生
过。由于乙醇可以快速地从油相扩散到连续水相， 不同拓扑结构的复合乳液（见图 5）。
