CN115178122B - 一种用超浸润材料快速乳化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用超浸润材料快速乳化的方法，该方法是将油相、水相加入三维多孔超浸润材料，使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液；可在负压抽吸下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液，或者在大于大气压的压力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液，或者仅在重力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液。本发明所述方法可提高乳化通量，高通量地快速制备乳液，并可通过延长油水两相在超浸润三维多孔材料中的停留时间来增加乳液的稳定性。

Description

一种用超浸润材料快速乳化的方法

技术领域

本发明属于乳液制备技术领域，涉及用超浸润材料使油相和水相乳化的方法。

背景技术

乳液由两种不相溶或部分互溶的油水两相乳化形成，包括油包水(W/O)乳液、水包油(O/W)乳液，广泛应用于食品、制药、化妆品、农业、石化、冶金等行业。

关于油水两相的乳化方法，主要有机械乳化法、超声乳化法、微通道乳化法和膜乳化法。机械乳化法是通过搅拌桨叶将能量输入乳状液制备体系中，高速搅拌的剪切作用使油水两相液体剧烈混合从而形成乳液；机械乳化法虽然所需设备简单，操作方便，是工业生产和实验室中最容易实现的一种方法，但是所制备的乳液往往分散度低，均匀性差且容易混入空气。超声乳化法是在超声波的空化作用下使油水两相相互分散乳化形成乳液，由于通常是由压电晶体或磁致伸缩来产生超声波，难以得到大功率的超声波发射器，因而超声乳化法不能作为产生大量乳液的手段，同时超声乳化需要注意超声波输入的能量，如果能量输入不合适，不仅不能起到乳化作用，反而会起到破乳作用。微通道乳化法是油水分散相在没有压力或者低压下通过尺度均匀的微孔单晶硅板，在油相和水相的界面张力作用下自发形成乳化液滴，形成的液滴由于流动相的持续流动而得以回收，从而获得尺度单一的乳液，缺点在于乳化通量相对较低且通道易堵塞。膜乳化法是一种深度控制微粒产品的新技术，需设计膜孔尺寸、膜厚度、膜形状及操作参数等即可生产出特定需要尺寸的乳液；连续相在膜表面流动，分散相在正压力作用下通过微孔膜的膜孔在膜表面形成液滴，当通过膜的分散相液滴的直径达到某一值时就从膜表面剥离进入连续相；溶解在连续相里的乳化剂分子将吸附到液滴界面上，一方面降低表面张力，从而促进液滴剥离膜表面，另一方面，可阻止液滴的聚集和粗化；膜乳化法虽然具有液滴大小分布窄，节省能量及剪应力小等优点，但膜孔易堵塞且膜的机械性能较差、乳化通量较小、膜利用率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用超浸润材料快速乳化的方法，该方法不仅可提高乳化通量，降低能耗，而且便于提高乳液的稳定性。

本发明所述用超浸润材料快速乳化的方法，是将油相、水相加入三维多孔超浸润材料，使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液。由于三维多孔超浸润材料对于油水两相的润湿性不同，两相中的一相可快速润湿该材料并形成连续相，另一相在超浸润材料的孔道结构中形成分散相，因而当油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料即可形成乳液。

本发明所述方法，可在负压抽吸下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液，或者在大于大气压的压力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液，或者仅在重力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液。

本发明所述方法，油相与水相的体积比控制在1:100～100:1。

本发明所述方法，三维多孔超浸润材料为三维多孔超疏水超亲油材料或三维多孔超亲水超疏油材料。

所述三维多孔超浸润材料，其制备方法有多种，例如浸渍法、喷涂法、粘附法、沉积法、刻蚀法等。下述实施例中采用的是浸渍法和刻蚀法制备三维多孔超浸润材料。

浸渍法制备三维多孔超浸润材料的步骤如下：

(1)浸渍液的配制

将粘接剂加入稀释剂并混合均匀，再加入粉末状改性剂并混合均匀形成浸渍液，所述浸渍液中，稀释剂、粘接剂、改性剂的质量比为(5～20)：(0.2～1)：1；

(2)三维多孔材料的浸泡和干燥

将三维多孔材料放入浸渍液浸泡10～30min，然后取出铺展到漏斗中并在60～80℃干燥10～12h，得到三维多孔超浸润材料。

所述粘接剂为硅酮胶，所述稀释剂为正己烷、环己烷、异丙醇、乙醇、正丁醇中的一种，所述改性剂为聚四氟乙烯、二氧化硅、全氟烷基三甲氧基硅烷、全氟烷基三乙氧基硅烷、全氟烷基硅烷、聚丙烯、二氧化钛中的一种，所述三维多孔材料为棉花、陶瓷棉、玻璃棉、海绵中的一种。

刻蚀法制备三维多孔超浸润材料的步骤如下：

(1)刻蚀液和改性液的配制

将氧化剂溶于去离子水中形成氧化剂溶液，并用碱性物质调整氧化剂溶液的pH值为10～14，形成刻蚀液，所述氧化剂与去离子水的质量比为(5～25)：100；

将改性剂溶于有机溶剂中形成改性液，所述改性剂与有机溶剂的质量比为(0.1～5)：100；

(2)三维多孔材料的刻蚀与改性

将三维多孔材料放入刻蚀液中在40～50℃刻蚀5～45分钟，然后从刻蚀液中取出放入改性液中浸泡6～24小时取出，得到三维多孔超浸润材料。

所述氧化剂为过硫酸钾，所述碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾；所述改性剂为全氟烷基三甲氧基硅烷、全氟烷基三乙氧基硅烷、全氟烷基硅烷中的一种，所述有机溶剂为乙醇；所述三维多孔材料为泡沫镍或泡沫铜。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用三维多孔超浸润材料使油水两相乳化，为乳液的制备提供了一种新的方法，增加了乳液制备方法的类型。

2、由于本发明所述方法利用三维多孔超浸润材料使油水两相乳化，加之可在负压抽吸下或在大于大气压的压力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液，因而可提高乳化通量，高通量地快速制备乳液。

3、由于本发明所述方法利用三维多孔超浸润材料使油水两相乳化，因而可以通过延长油水两相在三维多孔超浸润材料中的停留时间来增加乳液的稳定性。

4、本发明所述方法，在重力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液不需耗能，在负压抽吸下或在大于大气压的压力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液，能耗也低于机械乳化法，因而有利于节能减耗。

附图说明

图1为在负压抽吸下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液的示意图，图中，1—油相、2—水相、3—漏斗、4—超浸润三维多孔材料、5—容器、6—乳液、7—真空泵。

图2为实施例2制备的超浸润三维多孔材料的SEM图；

图3为实施例4所制备的乳液的显微照片；

图4为用image-J软件对图3中的乳液粒径进行统计的结果图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明所述用超浸润材料快速乳化的方法作进一步说明。显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例的步骤如下：

(1)三维多孔超浸润材料的制备

向100g正己烷中加入5g硅酮胶，搅拌均匀得到硅酮胶稀释液，然后向硅酮胶稀释液中加入10g聚四氟乙烯(PTFE)纳米粉末并搅拌均匀形成浸渍液；将直径8厘米、厚度1厘米的圆形海绵放入所述浸渍液浸泡30min得到改性海绵，然后取出改性海绵铺展到布氏漏斗3中并放入烘箱在60℃干燥12h，得到超浸润三维多孔材料4——三维多孔超疏水超亲油海绵；

(2)油相和水相的配制

油相1为磷酸三丁酯煤油溶液，所述磷酸三丁酯煤油溶液中，磷酸三丁酯的质量分数为80％，用磷酸三丁酯和煤油配制；水相2为磷酸水溶液，所述磷酸水溶液中，磷酸的质量分数为68％，用磷酸和去离子水配制；

(3)油水两相的乳化

将步骤(1)得到的铺展有三维多孔超疏水超亲油海绵的漏斗3与容器4组合，将真空泵7通过管件与容器4侧壁上部设置的抽气口组合，如图1所示；启动真空泵7后将步骤(2)配制的油相1和水相2按体积比3:1同时加入铺展有三维多孔超疏水超亲油海绵的漏斗3中，在负压抽吸下使油水两相并流通过三维多孔超疏水超亲油海绵，即形成乳液6。

实施例2

本实施例的步骤如下：

(1)三维多孔超浸润材料的制备

向100g正己烷中加入5g硅酮胶，搅拌均匀得到硅酮胶稀释液，然后向硅酮胶稀释液中加入5g疏水二氧化硅纳米粉末并搅拌均匀形成浸渍液；将8g棉花放入所述浸渍液在搅拌下浸泡10min得到改性棉花，然后取出改性棉花平整铺展到布氏漏斗3中并放入烘箱在80℃干燥10h，得到超浸润三维多孔材料4——厚度为1厘米的三维多孔超疏水超亲油棉花，其SEM图见图2；

(2)油相和水相的配制

油相1为三辛胺；水相2为硫酸水溶液，所述硫酸水溶液中，硫酸的质量分数为20％，用浓硫酸和去离子水配制；

(3)油水两相的乳化

将步骤(1)得到的铺展有三维多孔超疏水超亲油棉花的漏斗3与容器4组合，将真空泵7通过管件与容器4侧壁上部设置的抽气口组合，如图1所示；启动真空泵7后将步骤(2)配制的油相1和水相2按体积比2:1同时加入铺展有三维多孔超疏水超亲油棉花的漏斗3中，在负压抽吸下使油水两相并流通过三维多孔超疏水超亲油棉花，即形成乳液6。

实施例3

本实施例的步骤如下：

(1)三维多孔超浸润材料的制备

向100g正己烷中加入5g硅酮胶，搅拌均匀得到硅酮胶稀释液，然后向硅酮胶稀释液中加入10g可溶性聚四氟乙烯(PFA)纳米粉末并搅拌均匀形成浸渍液；将8g棉花放入所述浸渍液在搅拌下浸泡10min得到改性棉花，然后取出改性棉花平整铺展到布氏漏斗3中并放入烘箱在80℃干燥12h，得到超浸润三维多孔材料4——厚度为1厘米的三维多孔超疏水超亲油棉花；

(2)油相和水相

油相1为重油，水相2为去离子水；

(3)油水两相的乳化

将步骤(1)得到的铺展有三维多孔超疏水超亲油棉花的漏斗3与容器4组合，将真空泵7通过管件与容器4侧壁上部设置的抽气口组合，如图1所示；用重油将铺展在布氏漏斗3中的三维多孔超疏水超亲油棉花浸润，然后启动真空泵7后将重油和去离子水按体积比3:1同时加入铺展有被重油浸润的三维多孔超疏水超亲油棉花的漏斗3中，在负压抽吸下使重油和去离子水并流通过三维多孔超疏水超亲油棉花，即形成乳液6。

实施例4

本实施例的步骤如下：

(1)三维多孔超浸润材料的制备

向50g去离子水中加入4g过硫酸钾和10g氢氧化钠并搅拌使其完全溶解得到刻蚀液，将直径为8厘米、厚度为1厘米的泡沫铜放入所述刻蚀液中在40℃水浴锅中刻蚀15min；

向100g乙醇中加入0.5g全氟烷基三甲氧基硅烷并搅拌混合均匀得到改性液，将刻蚀后的泡沫铜在所述改性液中浸泡12小时得到超浸润三维多孔材料4——三维多孔超疏水超亲油泡沫铜；

(2)油相和水相的配制

油相1为司班80-煤油溶液，所述煤油溶液中，司班80的质量分数为2％，用司班80和煤油配制；水相2为去离子水；

(3)油水两相的乳化

将步骤(1)得到的三维多孔超疏水超亲油泡沫铜铺展在布氏漏斗3中，将漏斗3与容器4组合，将真空泵7通过管件与容器4侧壁上部设置的抽气口组合，如图1所示；启动真空泵7后将步骤(2)配制的油相1和水相2按体积比1:1同时加入铺展有三维多孔超疏水超亲油泡沫铜的漏斗3中，在负压抽吸下使油水两相并流通过三维多孔超疏水超亲油泡沫铜，即形成乳液6。

将乳液滴在载玻片上放到电子显微镜下观察并拍照，其显微照片见图3，用image-J软件对显微照片中乳液的数量及粒径进行统计，统计结果图见图4。从图3、图4可以看出，所制备的乳液粒径为：0＜乳液粒径＜70μm，主要分布在大于0、小于40μm的范围。

实施例5

本实施例的步骤如下：

(1)三维多孔超浸润材料的制备

向100g正己烷中加入5g硅酮胶，搅拌均匀得到硅酮胶稀释液，然后向硅酮胶稀释液中加入10g聚四氟乙烯(PTFE)纳米粉末并搅拌均匀形成浸渍液；将直径为3厘米、厚度为1厘米的圆形海绵放入所述浸渍液中浸泡30min得到改性海绵，然后取出改性海绵填充到50毫升注射器的储液管中并放入烘箱在80℃干燥12h，得到超浸润三维多孔材料4——三维多孔超疏水超亲油海绵；

(2)油相和水相的配制

油相1为司班80-煤油溶液，所述煤油溶液中，司班80的质量分数为2％，用司班80和煤油配制；水相2为去离子水；

(3)油水两相的乳化

将步骤(2)配制的油相1和水相2按体积比5:1同时加入注射器的储液管中，然后推动注射器活塞，在大于大气压的压力作用下使油水两相并流通过三维多孔超疏水超亲油海绵，即形成乳液6。

Claims (1)

1.一种用超浸润材料快速乳化的方法，其特征是将油相、水相加入三维多孔超浸润材料，在负压抽吸下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液，或者在大于大气压的压力作用下使油相和水相并流通过三维多孔超浸润材料形成乳液；油相与水相的体积比控制在1:100~100:1，三维多孔超浸润材料为三维多孔超疏水超亲油材料或三维多孔超亲水超疏油材料；

所述三维多孔超浸润材料采用浸渍法制备，步骤如下：

（1）浸渍液的配制

将粘接剂加入稀释剂并混合均匀，再加入粉末状改性剂并混合均匀形成浸渍液，所述浸渍液中，稀释剂、粘接剂、改性剂的质量比为（5～20）：（0.2～1）：1；

（2）三维多孔材料的浸泡和干燥

将三维多孔材料放入浸渍液浸泡10~30min，然后取出铺展到漏斗中并在60~80℃干燥10~12h，得到三维多孔超浸润材料；

所述粘接剂为硅酮胶，所述稀释剂为正己烷、环己烷、异丙醇、乙醇、正丁醇中的一种，所述改性剂为聚四氟乙烯、二氧化硅、全氟烷基三甲氧基硅烷、全氟烷基三乙氧基硅烷、全氟烷基硅烷、聚丙烯、二氧化钛中的一种，所述三维多孔材料为棉花、陶瓷棉、玻璃棉、海绵中的一种；

或者所述三维多孔超浸润材料采用刻蚀法制备，步骤如下：

（1）刻蚀液和改性液的配制

将氧化剂溶于去离子水中形成氧化剂溶液，并用碱性物质调整氧化剂溶液的pH值为10～14，形成刻蚀液，所述氧化剂与去离子水的质量比为（5～25）：100；

将改性剂溶于有机溶剂中形成改性液，所述改性剂与有机溶剂的质量比为（0.1～5）：100；

（2）三维多孔材料的刻蚀与改性

将三维多孔材料放入刻蚀液中在40~50℃刻蚀5～45分钟，然后从刻蚀液中取出放入改性液中浸泡6～24小时取出，得到三维多孔超浸润材料；

所述氧化剂为过硫酸钾，所述碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾；所述改性剂为全氟烷基三甲氧基硅烷、全氟烷基三乙氧基硅烷、全氟烷基硅烷中的一种，所述有机溶剂为乙醇；所述三维多孔材料为泡沫镍或泡沫铜。