Page 79 - 《精细化工》2021年第8期

第 8 期 樊 晔，等: 高亲水性纳米二氧化硅颗粒稳定范德华乳液 ·1573·

随着 SiO 2 NPs 质量分数的增大，乳液外观由较 动，这与文献中对泡沫的作用相似 [15-16] ；从图 5b 发
透明逐渐变得致密浓稠，相应的乳液粒径由 200~ 现，当 SiO 2 NPs 质量分数高于 2%时，乳液的储能
300 μm 递减至 40~50 μm。其中，由质量分数 0.5% 模量(G′)均高于其损耗模量(G″)而呈现典型的弱凝
的 SiO 2 NPs 稳定的乳液平均粒径为 244 μm（图 3b）。 胶性。因此，乳液的“凝固”现象源于未吸附于油
由于 SiO 2 NPs 质量分数大于 5%时水相中有 SiO 2 水界面处的 SiO 2 NPs 对连续相黏度的提升作用，及
NPs 析出，因此在图 3c 中，将 SiO 2 NPs 分散液中 其与界面处的 SiO 2 NPs 之间通过氢键作用形成三维
SiO 2 NPs 的质量分数固定为 5%，考察不同油水比对 网格结构 [17] 减缓甚至抑制液滴之间相互靠近 [17-18] 。
乳液稳定性的影响。由图 3c 可知，油相体积分数升
高至 75%时乳液仍可以形成，但其粒径大小随油相
体积的增加而增大，而相应的粒径均一性变差（图
3d）。图 4a 为不同储存时间下质量分数 1%的 SiO 2
NPs 分散液稳定的乳液的油析体积变化；图 4b 为相
应的乳液光学显微照片。图 4a 显示乳液在储存 10 d
内没有发生明显的破乳现象，乳滴粒径随储存天数
增加逐渐增大（图 4b）；乳液放置 10 d 后开始出现
明显的油水分离现象，暗示液滴发生聚结（图 4a 中
乳液照片）。因此，该乳液具有一定的耐储存能力。

注：插图为质量分数 10%（左）和 15%（右）SiO 2 NPs 稳定的
乳液倒置图
图 5 SiO 2 NPs 质量分数对乳液黏度（a）和模量（b）的
影响
Fig. 5 Effects of mass fraction of SiO 2 NPs on emulsions
viscosity (a) and modulus (b)

2.2.4 稳定机理初探
图 6 为等电点处 SiO 2 NPs 形成与稳定乳液的机
制示意图。如图 6a 中所示，非等电点下，SiO 2 NPs
在水介质中携带电荷 [19] ，当其从介电常数高的水相

a—乳液的油析体积；b—乳液的光学显微照片 一侧逼近介电常数较低的油相平面时，将在界面上
图 4 不同储存时间下质量分数 1% SiO 2 NPs 分散液稳 诱导产生镜像电荷 [20-21] ，这是阻碍 SiO 2 NPs 在界面
定的乳液变化 处吸附的主要原因。此外，水相 pH 高于 2~3 的油
Fig. 4 Changes of emulsion stabilized by SiO 2 NPs with 水界面因优先吸附氢氧根离子呈负电状态 [22-23] ，是
mass fraction of 1% at different storage time
表面带负电的 SiO 2 NPs 在界面吸附的另一大障碍 [24] 。
2.2.3 乳液“凝固”现象 最后，SiO 2 NPs 之间的静电斥力也将影响其进一步
图 5 为 SiO 2 NPs 质量分数对乳液黏度与模量的 逼近和排列在界面。
影响。乳液在室温下静置一段时间后发生了不同程 在制备乳液的过程中也存在一些驱动力促进
度的“凝固”现象，如图 5 所示，乳液的黏度随着 SiO 2 NPs 逼近界面。首先，颗粒并非自发地扩散于
SiO 2 NPs 质量分数的增加而增加，而流动性却随之 界面，而是借助均质能量赋予的强动力与油水界面
减弱，特别是当 SiO 2 NPs 质量分数达 10%(图 5a 左 剧烈混合，并在一定程度上与体系的静电斥力抗衡。
插图)与 15%(图 5a 右插图)时乳液可以倒置而不流 当 SiO 2 NPs 与油水界面剧烈混合时，两者之间还存