Page 19 - 《精细化工》2020年第5期

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 ·869·

图 7 a—共溶剂蒸发驱动的液-液相分离方法示意图；b—Janus 液滴演变过程的实际显微镜照片 [43]
Fig. 7 (a) Schematic of the co-solvent evaporation driven liquid–liquid phase separation processes; (b) actual micrographs of
the droplet evolution processes [43]

相较于微流体法，相分离法不需要更为复杂的 响，最终调控 Janus 乳液的拓扑结构。与此同时，
仪器和繁琐的操作过程，通过向体系中引入刺激响 该课题组 [54] 还对 Janus 乳液的拓扑结构与体系热力
应基团或共溶剂，控制刺激源的作用时间及共溶剂 学稳定性之间的关系进行了研究，通过对界面自由
的扩散或挥发，利用在此过程中物理化学性质发生 能的计算可以发现，当表面活性剂的浓度增大后，
的变化调控复合型乳液的拓扑结构。但该方法需要 Janus 液滴的总界面自由能是小于单个液滴的，从而
体系具有特定的分子结构，例如：刺激诱导相分离 得到在热力学稳定性方面较优的 Janus 乳液。
方法，体系内的分子不但需要具有外界刺激响应的 扬州大学 GUO 课题组 [55-57] 在复合型乳液拓扑
基团，还需要刺激作用后其物理化学性质发生较大 结构的调控方面做了大量开创性工作。2011 年，该
改变足以引起相分离。所以，该方法需要在特定的 课题组和美国的 FRIBERG 教授合作通过一步高速
条件下才可实现。 剪切法制备出高内相体积比的 Janus 乳液，并在此
1.3 一步高速剪切法 基础上调控得到拓扑结构更复杂的多重乳液 [2,58-59] 。
微流体法和相分离法能够对复合乳液的拓扑结 2014 年，该课题组 [60] 以可聚合的单体二丙烯酸三丙
构进行精细调控，尤其微流体法可以制备近乎完美 酯（TP）与硅油（SO）为内部油相，吐温 80 为连
的乳液。但以上两种方法所需求的体系环境更为复 续相，通过改变内部油相的质量分数（见图 8）、
杂且不能大批量制备，这限制了复合乳液的进一步 表面活性剂的浓度以及乳化过程中搅拌的速度，可
应用。因此，一步高速剪切法凭借其操作简便且能 以调控得到不同拓扑结构的 Janus 乳液。
大规模制备复合型乳液的优点而备受关注。
FRIBERG 教授是 Janus 乳液概念的提出者，该
课题组 [45-50] 利用一步高速剪切法在复合乳液拓扑结
构的调控方面做了许多奠基性的工作。在早期的工
作中，该课题组通过改变表面活性剂的浓度和种类
对复合乳液拓扑结构进行调控。研究发现，当表面
活性剂浓度增大时，体系的拓扑结构会从多重乳液
变成（O 1 +O 2 ）/W 型 Janus 乳液 [51] 。而改变表面活
性剂的种类能够改变乳液体系中两相的界面张力，
因为相界面间的界面张力会影响界面曲率，从而实
现对液滴拓扑结构的调控 [52] 。
基于以上研究，该课题组 [53] 对液滴的拓扑结构
进行理论计算，得到了体系内界面张力与 Janus 乳 a—9.7%; b—12.5; c—26.9%; d—44.7%
液拓扑结构的关系。结果表明，表面活性剂的类型 图 8 改变内部油相质量分数制备得到 Janus 乳液的显微
和浓度会影响体系内任意两相的界面张力，而 Janus 镜图片 [60]
Fig. 8 Microscopy images of Janus emulsions prepared by
液滴内两相界面间的夹角会受两相的界面张力影 changing the mass fraction of internal oil phase [60]