脂肪酸酯/正丙醇/水无表面活性剂微乳液的研究

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传统微乳液是指互不相溶的油和水,在表面活性剂和助表面活性剂的作用下,自发形成的热力学稳定、各向同性且透明的分散体系,其中表面活性剂曾被认为是必不可少的组份。然而,上世纪七十年代,发现在无表面活性剂情况下,仅由油(主要是烃类)、醇和水组成的三组分也可自发形成微乳液,称为无表面活性剂微乳液(Surfactant-free Microemulsions,缩写为SFMEs),其性质与含表面活性剂微乳液(传统微乳液)类似。SFMEs在很多领域如酶催化反应、纳米材料制备及药物载体等有重要应用前景,其组份简单、不含表面活性剂等特点,某些应用性能优于传统微乳液,因而受到人们关注。但至目前为止,SFMEs的一些基本问题如制备规律和稳定机理等仍不明确,值得深入研究。本文选取了长链脂肪酸酯(十二酸乙酯和油酸乙酯)和短链脂肪酸酯(乙酸丁酯、乙酸异戊酯和三乙酸甘油酯)为油相,研究了与正丙醇和水构成的三元体系的相行为,考察了SFMEs形成的可能性、类型以及各种因素的影响,探讨了SFMEs液滴的电荷来源及稳定机理等,以期扩展SFME体系并加深对SFMEs的认识。本文主要研究内容及结论如下:1、长链脂肪酸酯(十二酸乙酯,油酸乙酯)/正丙醇/水三元体系相行为(1)采用目视滴定法制作了十二酸乙酯/正丙醇/水和油酸乙酯/正丙醇/水两个体系的三元相图,发现均存在一个单相区和一个多相(两相)区。单相区体系澄清透明,多相区体系搅拌下浑浊,静置时迅速分为上、下两相。(2)采用电导法、紫外光谱法和荧光光谱法,对单相区体系微结构进行了研究,结果表明单相区体系为SFMEs,且存在水包油(O/W)、双连续(BC)和油包水(W/O)三种类型,也表明随体系组成的变化可发生三种类型SFMEs间的转化,与表面活性剂基微乳液(传统微乳液)类似。另外,这三种类型的SFMEs被低温透射电子显微电镜(Cryo-TEM)观察结果所证实。(3)采用动态光散射(DLS)技术测定了W/O型SFME液滴随水含量的变化,表明存在液滴溶胀现象,也与表面活性剂基微乳液类似。(4)依据电导率实验结果分析,油相中存在的微量电解质(杂质)电离可能是液滴带电的主要原因,可能对SFMEs的形成和稳定有重要作用。2、短链脂肪酸酯(乙酸丁酯、乙酸异戊酯、三乙酸甘油酯)/正丙醇/水三元体系的相行为(1)采用目视滴定法制作了短链脂肪酸酯(乙酸丁酯、乙酸异戊酯、三乙酸甘油酯)/正丙醇/水三个体系的三元相图,与长链脂肪酸酯体系类似,也均存在一个单相区和一个多相(两相)区。单相区体系澄清透明,多相区体系搅拌下浑浊,静置时迅速分为上、下两相。(2)采用电导法、紫外吸收光谱法和DLS法,对单相区体系微结构进行了研究。结果表明,乙酸异戊酯/正丙醇/水和乙酸丁酯/正丙醇/水两个三元体系的单相区形成SFMEs,且存在O/W、BC和W/O三种类型。三乙酸甘油酯/正丙醇/水三元体系的单相区不存在微乳液,只形成粒径小于10 nm的聚集体,内在原因尚不清楚。(3)对比分析乙酸异戊酯/正丙醇/水和乙酸丁酯/正丙醇/水两个三元体系的电导测定结果认为,其液滴所带电荷主要来自电解质的电离。(4)采用DLS技术,考察了CaCl2、HCl和NaOH对乙酸丁酯/正丙醇/水三元体系微乳液液滴粒径的影响,发现可使液滴粒径增大,表明氢键和静电斥力对SFMEs的形成及稳定有重要作用。
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