CN105699428B - 一种测试乳液和液体弹珠稳定性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测试乳液和液体弹珠的稳定性的方法和装置，利用乳液中的液滴或液体弹珠在电场中的聚并现象来测量的稳定性。本发明提供的方法能够快速、精确地测试乳液和液体弹珠的稳定性。

Description

一种测试乳液和液体弹珠稳定性的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种测试乳液(emulsion)和液体弹珠(liquid marble)稳定性的方法，尤其涉及一种基于临界电压或基于临界频率饱和值来表征乳液和液体弹珠的稳定性的装置和方法。

背景技术

乳液和液体弹珠在工业上有极其广泛的应用。比如乳液是很多化妆品，食物，医药品的重要组成成分。虽然液体弹珠是近十几年来才逐渐被发现和研究的，但其在化学反应、液体运输和操控、功能材料制备等方面的重要应用价值已经使它们在生物、化学等领域开始被广泛关注。在这些应用领域里，乳液和液体弹珠的稳定性决定了制造产品的质量、保质期，因而显得极其关键。所以了解和表征乳液和液体弹珠的稳定性对产品的初期设计或者方法实施非常重要。

乳液和液体弹珠的稳定性主要体现在是否容易发生“聚并”(coalesce) 现象。

众所周知，乳液是一种液体以液滴形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系。例如水以小液滴的形式分散在油中(即油包水结构)，或油以小液滴的形式分散在水中(即水包油结构)。另外，要形成稳定的乳液，除了两种不混溶的液体外，还必须加入第三种物质─表面活性剂。这是因为，由于水－油界面张力的缘故，小液滴之间会相互聚并，最终形成水-油分层的结果。而表面活性剂的加入可以降低水－油界面张力，从而阻止小液滴之间的聚并，从而形成稳定的乳液。然而，这种稳定并非绝对的稳定，随着时间的推移，乳液中分散的小液滴总是趋向于相互聚并。

液体弹珠是一种被高疏水性颗粒包裹形成的不润湿的液滴，可以稳定地静置于固体及液体表面。同样的，这种稳定也是相对的，多个液体弹珠在一定条件下也会发生聚并现象。

因此，在乳液和液体弹珠的设计初期以及得到产品后，都需要对它们的稳定性进行表征和测量。

目前测量乳液的稳定性的方法主要是通过光学显微镜成像、光散射、电脉冲、超声等技术来检测液滴大小和数量随时间的变化。然后再由液滴大小和数量的变化快慢程度来衡量该种乳液的稳定性。例如某种乳液如果在长时间内能维持在原来的大小和数量，不怎么会聚并成大液滴，说明其非常稳定。反之，说明乳液不是很稳定。

这种方法的主要的缺点是完成这个过程需要的周期长、成本高。例如，假设某种化妆品要求有三年的保质期，使用该种方法则需要在差不多三年左右的时间段里对化妆品里面的乳液成分进行大小和数量的检测，从而确保其稳定性达到保质期的要求。

人们有时候会通过离心、搅拌、加热等方式来加速这种方法测量的过程。但是这些加速测量的方法有很多局限性，并且缺乏一些基本的科学依据。例如通过离心的方法测量乳液稳定性要求组成乳液不相溶的两相流体有较大的密度差。但是在实际的乳液中，两相的密度很多时候是很接近的，从而导致用离心的方法来测量会有较大的误差。

目前测量液体弹珠稳定性主要是通过挤压、碰撞的方法使液体弹珠破掉，然后根据它被挤破所需要的临界压强值来衡量该种液体弹珠的稳定性。如果一种液体弹珠能够承受挤压和碰撞的压强越大，那么它们也就越稳定。

这种方法中，挤压、碰撞的方式对技术和仪器要求很高，而且得到的结果精度差。比如在液体弹珠碰撞的实验中，要求两颗液体弹珠以一定的速度很精确地碰撞在一起，考虑到液滴弹珠的大小一般是几百微米到一两毫米，这对实验技术精度和实施方法要求很高。其次，在测量过程中一般需要高速摄像机来拍摄液滴的形态变化，从而导致实施成本很高。同时用这些方法测量的液体弹珠稳定性忽略了重力、液体的粘度等因素的影响，计算结果的精度并不好。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种测试乳液和液体弹珠稳定性的装置和方法。

本发明提供了一种测试乳液稳定性的方法，所述乳液包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述方法包括：

1)、在所述油相材料中形成由所述水相材料构成的第一液滴和第二液滴，并使所述第一液滴和所述第二液滴相互接触而不聚并；

2)、该步骤选自如下步骤a)和b)之一：

a)、在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一直流电压，并使所述直流电压逐渐增加，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的直流电压的值为临界电压值，用于表征所述乳液的稳定性；

b)、i)在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一交流电压，使所述交流电压的幅值固定，并逐渐降低频率，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的频率值为对应于该幅值的临界频率值；

ii)逐步增加所述交流电压的幅值，并在每个幅值下重复上述步骤i)得到与其对应的临界频率值，直到临界频率值收敛于一临界频率饱和值)，所述临界频率饱和值表征所述乳液的稳定性。

根据本发明提供的方法，其中所述第一液滴和第二液滴的直径为1-2 毫米。

根据本发明提供的方法，其中所述第一液滴和第二液滴分别通过具有针头的注射器而形成在所述针头的尖端处。

根据本发明提供的方法，其中所述直流电压或所述交流电压是通过所述针头施加到所述第一液滴和第二液滴之间的。

本发明还提供了一种用于测试乳液稳定性的装置，所述乳液包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述装置包括：

容器，用于容纳所述油相材料和所述表面活性剂，其侧壁上具有多个通孔；

第一针头和第二针头，分别通过所述容器上的所述通孔伸入所述容器中，所述第一针头和第二针头可相对移动，以使彼此的尖端相互远离或靠近；

第一注射器和第二注射器，分别连接到所述第一针头和第二针头，用于向所述第一针头和所述第二针头中送入所述水相材料，以在所述第一针头和所述第二针头的尖端处分别形成第一液滴和第二液滴；

电源，其正负极分别连接到所述第一针头和第二针头，用于向所述第一液滴和第二液滴施加直流电压或交流电压。

根据本发明提供的装置，其中所述针头由导电材料制成。

本发明还提供了一种测量乳液中的表面活性剂的临界胶束浓度的方法，所述乳液包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述方法包括：

配制多份乳液，使其中的表面活性剂的浓度依次增大；

利用上述方法，对所述表面活性剂浓度依次增大的多份乳液依次得到临界电压值或临界频率饱和值，直到临界电压值开始收敛或者直到临界频率饱和值开始收敛，这时的表面活性剂浓度值即为临界胶束浓度；

得到临界电压值随着表面活性剂浓度的增加而开始收敛时所对应的表面活性剂浓度值，或者得到临界频率饱和值随着表面活性剂浓度的增加而开始收敛时所对应的表面活性剂浓度值，这时得到的表面活性剂浓度值即为临界胶束浓度。

本发明还提供了一种测试液体弹珠的稳定性的方法，包括：

1)、提供第一液体弹珠和第二液体弹珠，并使所述第一液体弹珠和第二液体弹珠相互接触而不聚并；

2)、该步骤选自如下步骤a)和b)之一：

a)、在所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间施加一直流电压，并使所述直流电压逐渐增加，直到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠聚并，此时所对应的直流电压的值为临界电压值，用于表征所述第一液体弹珠和第二液体弹珠的稳定性；

b)、i)在所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间施加一交流电压，使所述交流电压的幅值固定，并逐渐降低频率，直到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠聚并，此时所对应的频率值为对应于该幅值的临界频率值；

ii)逐步增加所述交流电压的幅值，并在每个幅值下重复上述步骤i) 得到与其对应的临界频率值，直到临界频率值收敛于一临界频率饱和值)，所述临界频率饱和值表征所述第一液体弹珠和第二液体弹珠的稳定性。

根据本发明提供的方法，其中所述直流电压或所述交流电压是通过分别嵌入到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠内部的第一电极和第二电极而施加到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间的。

本发明还提供了一种用于测试液体弹珠的稳定性的装置，包括：

第一电极和第二电极，用于嵌入到第一液体弹珠和第二液体弹珠内部；

电源，用于向所述第一电极和第二电极之间施加直流电或交流电。

相比于现有技术中的方法，本发明提供的测试装置和方法所需的周期短，一次简单的测试只需要几十秒种就可以完成。另外，测试需要的样品很少，从而节约了大量成本，对乳液或液体弹珠产品的初始设计非常有帮助。

此外，相比于其他运用离心、搅拌、加热快速测量乳液稳定性的方法，本申请提供的装置和方法的局限性很小，不受乳液两相的密度差、粘度等因素的局限。

在测量液体弹珠的稳定性方面，相比传统的测量方法，本发明提供的方法操作简单，成本低。

另外，本发明提供的方法可通过精准控制电压或频率的值来使测量结果保持较高的精度。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据本发明的实施例1的方法所采用的装置的结构示意图；

图2示出了乳液中的液滴在电场作用下的变化；

图3示出了不同浓度表面活性剂下的水油界面张力和临界电压值；

图4示出了四种不同表面活性剂的临界电压值随浓度的变化；

图5示出了分别被司班80和EM90稳定的液滴在65小时前后的变化；

图6a- 图 6e 示出了交流电压的幅值对于临界频率值的影响；

图7为根据本发明的实施例3的方法所采用的装置的结构示意图。

具体实施方式

如上文所述，表面活性剂对乳液的形成起到至关重要的作用。表面活性剂的分子结构具有两亲性，其一端为亲水基团，另一端为疏水基团。在乳液中，表面活性剂的分子的两亲性结构使它们嵌入水油界面，从而降低界面张力，起到稳定乳液的作用。

对于同一种表面活性剂，乳液的稳定性与水油界面上的表面活性剂的浓度有很大的关系。乳液中表面活性剂的浓度越大，水油界面上的表面活性剂浓度也越大，乳液稳定的效果就越好。但是当乳液中表面活性剂的浓度大过临界胶束浓度(critical micelleconcentration，CMC)值时，水油界面上的活性剂的浓度就不再增加。这时，乳液中过多的表面活性剂会形成胶束，而并不会使乳液更加稳定。

另外，对于同一水-油体系，不同的表面活性剂所起到的稳定效果不同。而对于不同的水-油体系，同一表面活性剂所起到的稳定效果也不同。

因此，在设计一种乳液时，需要针对构成该乳液的两种不相容液体的具体材料而选择合适的表面活性剂材料以及合适的表面活性剂浓度，以使所设计的乳液获得较佳的稳定性。

然而，如上文所述，现有技术中的测试乳液稳定性的方法周期长、精度差，无法及时、准确地对表面活性剂的材料和浓度选择提供指导性信息，对产品配方的调整非常不利。

同样地，在设计一种液体弹珠时，也需要对其中的液滴和高疏水性颗粒的材料、浓度、尺寸等参数进行优化以获得较佳的稳定性。然而，如上文所述，现有技术中的测试液体弹珠的稳定性的方法对实验条件的要求很高，而且精度也并不理想。因此难以对液体弹珠中各种参数的选择提供精确的指导性信息。

而本发明提供了一种测试方法，能够快速、精确地测试乳液和液体弹珠的稳定性。本发明提供的测试方法利用乳液中的液滴或液体弹珠在电场中的聚并现象来测量乳液或者液体弹珠的稳定性。

发明人通过大量的研究和实验发现，向乳液中的分布在油相和表面活性剂中两个相互接触的水相液滴之间施加直流电压后，当该电压大于一个临界值时，这两个水相液滴会聚并在一起。该临界电压值可以用来表征由该油相、该表面活性剂以及该水相液滴构成的乳液体系的稳定性。

另外，如果向乳液中的分布在油相中两个相互接触的水相液滴之间施加交流电压，当该交流电压的频率小于一个临界值时，这两个水相液滴会聚并在一起。该临界频率和交流电压的幅值有很大的关系，电压幅值越大，临界频率值也会越高。但当幅值大到一定的程度后，该临界频率值不再变化，开始收敛于一个饱和值，我们称之为临界频率饱和值。该临界频率饱和值也可以用来表征该乳液的稳定性。

相比于传统的测试乳液的方法它需要的周期短，一次简单的测试只需要几十秒种就可以完成。并且测试需要的乳液样品很少，从而节约了大量成本，对乳液产品的初始设计非常有帮助。其次相比于其他运用离心、搅拌、加热快速测量的方法，它的局限性很小。比如这种方法不受乳液两相的密度差，粘度等因素的局限。

另外，发明人通过大量的研究和实验发现，液体弹珠在电场中也会发生与乳液类似的现象。即向两个相互接触的液体弹珠之间施加直流电压后，当该电压大于一个临界值时，这两个液体弹珠会聚并在一起。向两个相互接触的液体弹珠之间施加交流电压后，当该交流电压的频率小于一个临界值时，这两个液体弹珠会聚并在一起。与乳液类似地，临界电压值或临界频率饱和值都可以用来表征该液体弹珠的稳定性。

相比于传统的测试液体弹珠的稳定性的方法，本发明的方法操作简单，成本低。更重要的是可以通过精准控制电压或频率的值来使测量结果保持较高的精度。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种测试乳液稳定性的方法，该方法采用了如图1所示的装置。

如图1所示，本实施例提供的方法所采用的装置包括：容器1，可由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成；第一金属针头N1和第二金属针头N2，通过容器1侧壁上的通孔(图1中未示出)伸入容器1中，且各自的针尖 t1和t2相互靠近并对齐，第一、第二金属针头N1、N2位于容器1外侧的一端分别连接到各自的注射器(图1中未示出)；电源P，其正、负极分别连接到第一、第二金属针头N1、N2。在该装置中，第一、第二金属针头 N1、N2一方面连接着电源以用作电极，另一方面连接着注射器，用于水相材料的进样以在针尖t1和t2处形成水相材料的小液滴。

根据本实施例提供的方法，在开始检测时，先在容器中注入油相材料 C(液体石蜡)，然后向油相材料C中加入浓度为1％(重量百分比)的表面活性剂ABIL EM90(聚丙二醇-10)。将第一、第二金属针头N1、N2的针尖t1、t2伸入到油相材料中，并向第一、第二金属针头N1、N2各自的注射器中加入水相材料(去离子水)，然后通过注射泵缓慢推动装着水相材料的注射器，从而分别在第一、第二金属针头N1、N2的针尖t1、t2上形成两个液滴D1和D2。D1、D2的直径为1.5毫米，在此尺寸下毛细压强(capillary pressure)较小，从而可以排除毛细压强对实验结果的影响。根据要形成的液滴D1、D2的大小而调整第一、第二金属针头N1、N2的相对位置，使最后形成的液滴D1和D2刚好接触。接触部位的放大图如图1右侧的虚线框图所示。表面活性剂的一端为亲水基团T2，另一端为疏水基团T1，亲水基团T2嵌入到液滴D1和D2中。液滴D1和D2位于油相材料C中，由于表面活性剂的作用，液滴D1和D2碰在一起时，并不会聚并。停止注射泵，让两个液滴D1、D2静止并稳定几分钟。

在整个实验的过程中，可通过在显微镜下拍摄速度达到2000帧每秒的高速摄像机观察并记录液滴的状态，从而可获得液滴D1和D2刚好接触的时刻。

液滴D1和D2接触并稳定几分钟后，利用电源P和第一、第二金属针头N1、N2向液滴D1和D2之间施加一个直流电压V，并使该直流电压从0V开始缓慢增加，直到两个液滴D1和D2聚并成一个大的液滴。这个使液滴聚并的最小电压值就是临界电压值。

液滴D1和D2是否发生聚并可以通过上述显微镜下的高速摄像机而观察到。如图2所示，为显微镜下的高速摄像机所拍摄到的液滴D1和D2 的图像。液滴D1和D2之间的电压从0.4V逐渐增加至1.0V，当该电压达到1.0V时，液滴D1和D2发生了聚并，形成了一个大的液滴。由此获得了该乳液体系中的临界电压值为1.0V。

或者，也可以额外在回路中串联一个电流表。当两个液滴D1、D2接触的时刻，电路导通，电流急剧增加。因此，还可通过电流表的示数，辅助高速摄像机判断液滴D1、D2是否聚并。

为了说明本实施例提供的方法的准确性，以验证临界电压值确实可以作为表征乳液稳定性的参数，我们采用实施例1中所述的装置和方法测试了不同浓度表面活性剂下的乳液的临界电压值(除了表面活性剂浓度外，其余的参数不变)，另外测量了不同浓度表面活性剂下的水油界面张力，并将二者相比较，比较的结果如图3所示。

随着表面活性剂浓度的增加，水油界面张力下降。当表面活性剂的浓度增加到1％附近时，水油界面张力开始收敛于一个稳定的值。此时的浓度，即1％，就是表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。当表面活性剂的浓度超过CMC后，溶液中过多的表面活性剂会形成胶束，而并不会使乳液更加稳定。如图3中的临界电压曲线所示，随着表面活性剂浓度的增加，临界电压值随之增加。但当浓度高过约1％时，临界电压值开始收敛于一个稳定的值。

通过图3的比较可知，本发明的方法获得的临界电压值开始收敛时的临界浓度与表面活性剂的CMC值非常接近，均在1％左右。

通过上述对比试验可以看出，本发明的方法获得的临界电压随表面活性剂浓度的变化趋势与水油界面张力随表面活性剂浓度的变化趋势是一致的，而且临界电压开始收敛时的临界浓度与表面活性剂的CMC值也非常接近。因此，说明本发明中的临界电压值与水油界面张力的变化是一致的，而由于水油界面张力是影响乳液稳定性的最重要因素，因此可确信，本发明的方法获得的临界电压值可以表征乳液的稳定性。

为了证实本发明的方法可适用于不同的表面活性剂材料，发明人利用实施例1中提供的方法，对分别含有四种不同的表面活性剂材料EM90、司班80、PGPR、DC749的乳液进行了测试，得到了临界电压值随表面活性剂浓度的关系，如图4的 ( a) -( d) 所示。结果表明，尽管不同表面活性剂的具体临界电压值有所不同，但是他们随浓度的变化的趋势是相似的，即，表面活性剂浓度大过一定值的时候，使乳液聚并的临界电压值便不再变化。

理论研究表明，乳液中的液滴在受到挤压的压强大于一个临界值时，乳液会发生聚并。在两个乳液液滴上加上相反电压时，它们会互相挤压。电压的值越大，其挤压的压强也会越大。当电场产生的挤压大于这个乳液的临界压强时，乳液发生聚并。所以理论上也可以证明，可以用这个乳液临界电压值来表征该乳液体系的稳定性：临界电压值越大，该体系也就越稳定。

我们的检测结果表明，在表面活性剂的浓度小于CMC值时，其值越高，乳液的临界电压值也越大，所以乳液也会更加稳定。这和人们对乳液的了解是一致的。其次，当表面活性剂浓度大于CMC值时，临界电压收敛于一个值，不再变化，我们将这个值称为饱和临界电压值。如图4所示，对于不同的表面活性剂，饱和临界电压值不同。该饱和临界电压值可用于表征某种表面活性剂能够达到的最佳稳定性，因此，通过比较不同种类的表面活性剂的饱和临界电压值，可比较出这些表面活性剂各自所能够达到的最佳稳定性之间的差异，从而选择最合适的表面活性剂材料。

例如，如图4a-4d所示，我们的测试结果表明，EM90的饱和临界电压值大于司班80的饱和临界电压值，所以，在EM90和司班80的浓度均达到各自的CMC值以上时，EM90稳定的乳液比司班80稳定的乳液要更加稳定。因此，EM90是一种更合适的表面活性剂材料。

为证明我们的结果，我们用微流体的方法做了大量的大小均一的液滴，这些液滴分别被浓度为2％的EM90和浓度为2％的司班80(均达到 CMC值以上)稳定。然后把它们置于50°烘箱的环境里，每隔一段时间观察它们尺寸的变化。如图5所示，65小时后，我们发现被司班80(Span 80)稳定的液滴聚并现象非常严重。而与此同时，被EM90稳定的乳液液滴依旧很稳定。所以可以得出结论，对于本实施例中的水油体系而言， EM90相比司班80，是一种更好的表面活性剂。

实施例2

除了临界电压值之外，我们发现通过交流电源来使乳液中的液滴聚并时，得到的临界频率饱和值与乳液的稳定性也有很大的关系。

本实施例提供了一种测试乳液稳定性的方法，与实施例1中所采用的装置类似，并采用相同的水相材料、油相材料和表面活性剂材料，其不同之处仅在于，所采用的电源P为交流电源。

开始测试时，首先设置一恒定的交流电幅值，该幅值要大于上述实施例1中所述的临界电压值。然后从一个初始值很大的频率开始，缓慢地减小频率直到两个液滴D1和D2聚并在一起。这个使液滴D1和D2聚并的最大的频率就是临界频率。

我们检测了在表面活性剂EM90的浓度分别为0.004％、0.02％、0.2％、 0.5％和2％的条件下，交流电压的幅值对于临界频率值的影响，检测结果如图6a-6e所示。检测结果表明，对于同一表面活性剂浓度来说，在电压幅值较小时，随着幅值的增加，临界频率会随之增加。但当电压幅值达到一定的值后，临界的频率就收敛于临界频率饱和值，不再变化。从图6a-6e 的检测结果还可以看出，对于同种表面活性剂，临界频率饱和值与表面活性剂的具体浓度有很大的关系。在表面活性剂的浓度小于CMC值时，浓度越大，临界频率饱和值就越小；当表面活性剂的浓度大于CMC值时，随着浓度的增加，临界频率饱和值就不再变化，而是收敛于一个值。

通过上述检测结果可以看出，本发明的方法获得的临界频率饱和值随表面活性剂浓度的变化趋势与水油界面张力随表面活性剂浓度的变化趋势是一致的。而由于水油界面张力是影响乳液稳定性的最重要因素，因此可确信，本发明的方法获得的临界频率饱和值可以表征乳液的稳定性，临界频率饱和值越低，乳液就越稳定。

上述实施例中，在待测乳液中，被施加电压的两个水相材料小液滴由相同的材料构成。而对于材料不同的两个小液滴，本发明提供的方法也同样适用，同样可以用临界电压值或临界频率饱和值来表征由材料不同的水相小液滴构成的乳液的稳定性。

上述实施例提供了一种利用液滴在电压作用下快速合并的现象来测量乳液体系的稳定性的方法和装置，利用临界电压值或临界频率饱和值来表征乳液体系的稳定性。其中上述液滴D1、D2的直径优选在1～2毫米，在此尺寸范围内毛细压强较小，从而可以排除毛细压强对实验结果的影响。

上述实施例提供的测量装置可以容易地形成直径在1～2毫米之间的液滴，从而可以排除毛细压强对实验结果的影响，实现更精确的测量。

实施例3

本实施例提供了一种测试液体弹珠稳定性的方法，该方法采用了如图 7所示的装置。与检测乳液稳定性的直流临界电压值类似，本实施例提供的方法利用使液体弹珠发生聚并时的临界电压值来表征液体弹珠的稳定性。

首先，在一块底板2上铺满疏水的粉末或者颗粒，然后在粉末层上滴两个水相(去离子水)的液滴M1、M2，摇晃一下底板，让粉末d均匀地覆盖在液滴上，形成稳定的液体弹珠。通过控制滴在疏水粉末上的水相液滴大小，可以很方便地控制液体弹珠的尺寸大小。当它们的直径小于液滴的毛细长度时

液体弹珠会基本保持成球形。

然后，让这两个液体弹珠接触在一起，并在它们内部嵌入两个极性相反的丝状金属电极P1、P2。之后利用直流电源P在电极P1、P2之间缓慢地增加电压，直至两个液体弹珠聚并，然后记录此刻的电压值。这个使液体弹珠发生聚并的最小电压值就是衡量它们稳定性的临界电压值。

使用上述方法，我们测量型号为AEROSIL R805的二氧化硅粉末所形成的液体弹珠和型号为AEROSIL R812的二氧化硅粉末所形成的液体弹珠的临界电压值分别为50V和130V。所以根据我们的方法，用AEROSIL R812粉末做的液滴弹珠的稳定性相比AEROSILR805粉末做的弹珠要更好。这和在实验操作过程中AEROSIL R812粉末比AEROSIL R805粉末更容易形成稳定的液体弹珠是一致的。

实施例4

与通过交流电使乳液中的液滴聚并类似，也可以施加一个交流电压来使液体弹珠聚并，并利用该交流电压的临界频率饱和值来表征液体弹珠的稳定性。

本实施例提供的测试液体弹珠的装置与实例3中的装置类似，并采用相同的水相材料和粉末材料，其不同之处仅在于，电源P为交流电源。

开始测试时，和实例3类似，先形成两个相互接触的液体弹珠。然后在两个液体弹珠内部分别嵌入极性相反的丝状金属电极P1、P2。在测试时，首先将交流电源P设置为恒定的交流电幅值，该幅值要大于上述实施例3 中所述的临界电压值。然后对两个液体弹珠施加初始频率很大的交流电压。在交流电频率很大时，两个液体弹珠不会发生聚并。缓慢地减小频率直至两个液体弹珠M1和M2聚并在一起。这个使它们开始发生聚并的最大频率值就是临界频率。

临界频率和交流电压的幅值有很大的关系，电压幅值越大，临界频率值也会越高。但当幅值大到一定的程度后，该临界频率值就开始收敛、不再变化，我们称这时候的临界频率值为临界频率饱和值。与实例2类似，可以用该临界频率饱和值来表征液体弹珠的稳定性，即，临界频率饱和值越低，液体弹珠也就越稳定。上述实施例3和4中，待测的液体弹珠由相同的材料构成。实际上，对于材料不同的两个液体弹珠，本发明提供的方法也同样适用，同样可以用临界电压值或临界频率饱和值来表征由不同材料构成的液体弹珠的稳定性。

根据本发明的其它实施例，其中上述实施例3和4中的液体弹珠的制备方法并非限制性的，本发明提供的方法同样适用于测试其它方法制成的液体弹珠的稳定性。

综上，本发明提供了一种运用在电场中液滴快速合并的现象来测量乳液和液体弹珠的稳定性的方法和装置。本发明人发现两个接在电极两端的乳液液滴或者液体弹珠在直流电压大于一个临界电压值或者交流频率小于一个临界频率值时的会发生聚合(coalesce)，并可以用临界电压值或临界频率饱和值来表征乳液体系和液体弹珠体系的稳定性。临界电压值越高或者临界频率饱和值越低，乳液或者液体弹珠就越稳定。

相比传统的测量方法，它具有快速、简便、精准、适用范围广等优点。因此，在乳液或液体弹珠产品的设计初期，本发明提供的方法可用于筛选合适的表面活性剂以及较佳的浓度，以快速、可靠地获得最佳配方，从而获得稳定性较高的乳液或液体弹珠产品。

另外，本领域技术人员公知的是，对于一个具体的乳液体系来说，每一种具体的表面活性剂的实际CMC值是未知的，因此非常容易发生表面活性剂浓度过量的问题。过量的表面活性剂不仅对乳液的稳定性起不到作用，而且对生物组织有害。

而根据本发明公开的内容可知，当表面活性剂的浓度增加到CMC值时，临界电压值会收敛于饱和临界电压值。也就是说，当临界电压值随着表面活性剂的浓度的增加而开始收敛时所对应的表面活性剂浓度即为 CMC值。另外，当表面活性剂的浓度增加到CMC值时，临界频率饱和值也会收敛于一个收敛值，也就是说，当临界频率饱和值随着表面活性剂的浓度的增加而开始收敛时所对应的表面活性剂浓度即为CMC值。因此，本发明提供的方法还可以通过对饱和临界电压值或临界频率饱和值的测量而得到乳液中的表面活性剂的CMC值。且该方法能够快速、可靠地针对各种乳液体系获得表面活性剂的CMC值。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种测试乳液稳定性的方法，所述乳液包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述方法包括：

1)、在所述油相材料中形成由所述水相材料构成的第一液滴和第二液滴，并使所述第一液滴和所述第二液滴相互接触而不聚并；

2)、该步骤选自如下步骤a)和b)之一：

a)、在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一直流电压，并使所述直流电压逐渐增加，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的直流电压的值为临界电压值，用于表征所述乳液的稳定性；

b)、i)在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一交流电压，使所述交流电压的幅值固定，并逐渐降低频率，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的频率值为对应于该幅值的临界频率值；

ii)逐步增加所述交流电压的幅值，并在每个幅值下重复上述步骤i)得到与其对应的临界频率值，直到临界频率值收敛于一临界频率饱和值，所述临界频率饱和值表征所述乳液的稳定性，

其中所述第一液滴和第二液滴分别通过具有针头的注射器而形成在所述针头的尖端处，以及

其中所述直流电压或所述交流电压是通过所述针头施加到所述第一液滴和第二液滴之间的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一液滴和第二液滴的直径为1-2毫米。

3.一种用于测试乳液稳定性的装置，所述乳液包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述装置包括：

容器，用于容纳所述油相材料和所述表面活性剂，其侧壁上具有多个通孔；

第一针头和第二针头，分别通过所述容器上的所述通孔伸入所述容器中，所述第一针头和第二针头可相对移动，以使彼此的尖端相互远离或靠近；

第一注射器和第二注射器，分别连接到所述第一针头和第二针头，用于向所述第一针头和所述第二针头中送入所述水相材料，以在所述第一针头和所述第二针头的尖端处分别形成第一液滴和第二液滴；

电源，其正负极分别连接到所述第一针头和第二针头，用于向所述第一液滴和第二液滴施加直流电压或交流电压，

其中所述直流电压或所述交流电压是通过所述第一针头和第二针头施加到所述第一液滴和第二液滴之间的。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述针头由导电材料制成。

5.一种测量乳液中的表面活性剂的临界胶束浓度的方法，所述乳液包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述方法包括：

配制多份乳液，使其中的表面活性剂的浓度依次增大；

利用权利要求1所述的方法，对所述表面活性剂浓度依次增大的多份乳液依次得到临界电压值或临界频率饱和值，直到临界电压值开始收敛或者直到临界频率饱和值开始收敛，这时的表面活性剂浓度值即为临界胶束浓度。

6.一种测试液体弹珠的稳定性的方法，包括：

1)、提供第一液体弹珠和第二液体弹珠，并使所述第一液体弹珠和第二液体弹珠相互接触而不聚并；

2)、该步骤选自如下步骤a)和b)之一：

a)、在所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间施加一直流电压，并使所述直流电压逐渐增加，直到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠聚并，此时所对应的直流电压的值为临界电压值，用于表征所述第一液体弹珠和第二液体弹珠的稳定性；

b)、i)在所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间施加一交流电压，使所述交流电压的幅值固定，并逐渐降低频率，直到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠聚并，此时所对应的频率值为对应于该幅值的临界频率值；

ii)逐步增加所述交流电压的幅值，并在每个幅值下重复上述步骤i)得到与其对应的临界频率值，直到临界频率值收敛于一临界频率饱和值，所述临界频率饱和值表征所述第一液体弹珠和第二液体弹珠的稳定性，

其中所述直流电压或所述交流电压是通过分别嵌入到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠内部的第一电极和第二电极而施加到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间的。

7.一种用于测试液体弹珠的稳定性的装置，包括：

第一电极和第二电极，用于嵌入到第一液体弹珠和第二液体弹珠内部；

电源，用于向所述第一电极和第二电极之间施加直流电或交流电，

其中所述直流电或交流电通过所述第一电极和第二电极施加到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间。

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