CTMAB微乳體系的相行為研究

孔祥鵬，龔殿婷，李鳳華

（1. 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001； 2. 東北大學(xué)， 遼寧 沈陽 110004）

CTMAB微乳體系的相行為研究

孔祥鵬1，龔殿婷1，李鳳華2

（1. 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001； 2. 東北大學(xué)， 遼寧 沈陽 110004）

進(jìn)行了CTMAB/正丁醇/環(huán)己烷/水微乳液體系相行為的研究。通過制備微乳液，總體了解W/O型微乳液的相應(yīng)性質(zhì)，對制備過程中的反應(yīng)條件做逐一的比較，包括CTMAB微乳體系當(dāng)中表面活性劑的選擇，助表面活性劑的選擇，油相的選擇，最終選擇出最佳的配比。當(dāng)CTAB與正丁醇的質(zhì)量比為1∶1時，體系對水的增溶量最大，并且確定（CTAB+正丁醇）與環(huán)己烷的質(zhì)量比為1.5∶1，制備溫度選為20 ℃、pH值選為8時，CTMAB微乳體系有較好的溫度和酸堿度。

納米粒子；W/O微乳液；CTMAB微乳體系；相行為

微乳液是由表面活性劑、助表面活性劑、油與水等組分在適當(dāng)比例下組成的無色透明（或半透明）、低粘度體系［1,2］。選擇適當(dāng)?shù)挠拖唷⒈砻婊钚詣┡c助表面活性劑非常重要。常用的表面活性劑類型有陰離子型、陽離子型、非離子型以及雙鏈離子型等［3］。溶劑通常選擇非極性溶劑，如烷烴或環(huán)烷烴等[4]。微乳法是納米材料制備方法中液相法的一種[5]。在一定條件下微乳液可以保證尺寸的自復(fù)制與自組裝，為納米微粒的制備提供了的熱力學(xué)穩(wěn)定體系環(huán)境[6]。

本試驗的微乳液體系屬W/O型，選用CTMAB為非離子表面活性劑（S），正丁醇為助表面活性劑（As），油相選用環(huán)己烷。微乳液的生產(chǎn)方法包括Schulman法和Shah法[7]，試驗中采用Shah法，即把CTMAB、正丁醇與環(huán)己烷充分混合均勻后，滴入去離子水，至體系透明、澄清，成為微乳液體系[8]。微乳液制備簡單，操作易行，原料可取，生成條件不苛刻，以微乳液為環(huán)境制取納米材料是一種十分先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)[9]，目前微乳法制備納米材料已取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展[10]。

1 試驗部分

1.1 原料及儀器

主要原料：十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB），正丁醇，環(huán)己烷，氫氧化鈉，以上試劑均為分析純，去離子水。

主要實驗儀器： JA5003N電子天平，85-2數(shù)控恒溫磁力攪拌器，一般實驗室儀器。

1.2 試驗步驟

（1）確定CTMAB（S）與正丁醇（AS）的質(zhì)量比

保持溫度20 ℃，固定油相環(huán)己烷用量，將不同配比的CTMAB、正丁醇與環(huán)己烷混合均勻，加入去離子水，在相同的反應(yīng)條件下，用目視法觀測微乳液達(dá)到平衡時的穩(wěn)定區(qū)域。繪制三相圖，選出CTMAB與正丁醇的最佳質(zhì)量配比。

表1 不同CTMAB～n-C4H9OH質(zhì)量比的HLB值Table 1 HBL theoretical calculation of different CTAB～n-CHOH quality ratio

（2）確定最優(yōu)反應(yīng)條件

選取最佳的原料配比，改變試驗溫度與體系pH值進(jìn)行微乳液的制備，用目測法觀測最終穩(wěn)定區(qū)域。

2 結(jié)果與討論

微乳液的相行為是依據(jù)不同的溫度、pH值、配比表現(xiàn)出不同的狀態(tài)[11-14]。可用相圖表示相行為。作為納米材料的反應(yīng)模板，要求微乳體系具有較大的穩(wěn)定性，較高的增溶水量及合適的界面強(qiáng)度[15]。

2.1 S/As的質(zhì)量配比對CTMAB微乳體系的影響

微乳液體系中S/As的質(zhì)量配比是十分重要的，不同增溶量條件下，微乳區(qū)對納米粒子的吸收也不同[16]，這將關(guān)系到納米粒子的吸收穩(wěn)定性，從而影響納米粒子整體的性質(zhì)。表2給出了不同CTAB～n-C4H9OH質(zhì)量比時的HLB值。根據(jù)實驗結(jié)果并對照HLB的理論值，可以認(rèn)為CTAB與n-C4H9OH質(zhì)量比為1∶1最適合此微乳液的穩(wěn)定形成。

表2 不同CTMAB～n-C4H9OH質(zhì)量比的HLB值Table 2 HBL theoretical calculation of different CTAB～n-C4H9OH quality ratio

同時試驗分別采用S/As質(zhì)量比為1:1、1.5:1、2:1進(jìn)行相平衡測定，結(jié)果如圖1所示。

圖1 S/As配比對體系穩(wěn)定區(qū)域的影響Fig.1 The effect of ratio of S/As on the stable area

由圖1可知，微乳液穩(wěn)定區(qū)域位于和溶線以左、相變線以右。當(dāng)S與As質(zhì)量比例為1∶1時，微乳液有最大的穩(wěn)定區(qū)間，與HLB值測得結(jié)果比較，可知S/As質(zhì)量比選為1∶1比較適合。

2.2 溫度對CTMAB微乳體系穩(wěn)定區(qū)域的影響

不同溫度下，相同配比的微乳液對水的增溶量會發(fā)生很明顯的變化，故選取一個最佳的溫度是制備微乳液的關(guān)鍵。保持S/As的質(zhì)量比為1∶1，試驗溫度分別選取10、20、40 ℃，結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度對w/o微乳區(qū)域的影響Fig.2 The effect of temperature on W/O micro-emulsion areas

由圖2可知，在10～40 ℃之間，有較大的微乳液穩(wěn)定區(qū)域。溫度對該體系影響較小，只是溶解區(qū)略有變化。當(dāng)溫度取為室溫20 ℃時，體系的溶水量較高，穩(wěn)定區(qū)域面積較大，已滿足試驗所需。

2.3 pH值對微乳體系的影響

pH值是制備微乳液過程中的一個重要因數(shù)，微乳液是偏弱堿性的，在此條件下制備的微乳液的性能較好。pH值直接影響微乳液的酸堿環(huán)境，在此微乳液環(huán)境中制備的納米材料也會表現(xiàn)出不同性能。

圖3是不同pH值條件下微乳區(qū)相圖。

圖3 pH值對W/O微乳區(qū)的影響Fig.3 The effect of pH value on W/O micro-emulsion areas

由圖3中可以看出當(dāng)pH值處于6～10之間時，體系的穩(wěn)定區(qū)域始終位于溶水線內(nèi)部，微乳液穩(wěn)定區(qū)域基本未受pH值的變化的影響。當(dāng)pH值接近8時，微乳液有較大的增水量。

3 結(jié) 論

通過試驗研究，考察了CTMAB微乳體系的S/As質(zhì)量配比、制備的溫度和pH值的選用，確定最佳工藝參數(shù)，制備出了相應(yīng)的微乳體系，并對微乳體系進(jìn)行相應(yīng)理論探究，得到下列結(jié)論：

（1）當(dāng)S/As質(zhì)量比為1∶1時，體系對水的增溶量最大，并且確定（CTMAB+正丁醇）與環(huán)己烷的質(zhì)量比為1.5∶1。

（2）當(dāng)制備溫度取20 ℃、pH值選為8時，CTMAB微乳體系有較好的溫度和酸堿度，穩(wěn)定性較好。

（3）在最佳工藝條件下，制備出相應(yīng)的微乳液。但存在著不足，例如，在制備時水的滴定終點會發(fā)生偏移，對偏移量需加以更好的改進(jìn)，從而使相應(yīng)試驗更加完善。

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Study on the Phase Behavior of CTMAB Microemulsion System

KONG Xiang-peng1，GONG Dian-ting1，LI Feng-hua2
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. Northeastern University, Liaoning Shenyang 110004，China）

The phase behavior of the CTMAB microemulsion system was researched in this paper. The properties of W/O microemulsion were generally analyzed by microemulsion preparation. The preparation conditions of the microemulsion were investigated, such as selection of surfactants in CTMAB microemulsion system, choice of the assistant surfactant, and choice of oil phase. The optimum proportion was determined. The results show that，when the mass ratio of CTMAB and n-butanol is 1:1, the system has the maximum water solubilization capacity；and when the mass ratio of (CTMAB+ butanol) and cyclohexane is 1.5:1，the preparation temperature is 20℃ and pH is 8, prepared CTMAB microemulsion system has good temperature and stable pH value.

Nanoparticles; W/O microemulsion; CTMAB microemulsion system; Phase behavior

TQ 028

： A

： 1671-0460（2015）11-2575-03

2015-11-13

孔祥鵬（1993-），男，遼寧撫順人。E-mail：smile_bear.student@sina.com。

李鳳華（1977-），女，副教授，博士，研究方向：從事材料研究與資源綜合利用。E-mail：sy_dbdx@sina.com。