一種測(cè)試乳液和液體彈珠穩(wěn)定性的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)試乳液（emulsion)和液體彈珠（liquid marble)穩(wěn)定性的方 法，尤其涉及一種基于臨界電壓或基于臨界頻率飽和值來(lái)表征乳液和液體彈珠的穩(wěn)定性的 裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 乳液和液體彈珠在工業(yè)上有極其廣泛的應(yīng)用。比如乳液是很多化妝品，食物，醫(yī)藥 品的重要組成成分。雖然液體彈珠是近十幾年來(lái)才逐漸被發(fā)現(xiàn)和研究的，但其在化學(xué)反應(yīng)、 液體運(yùn)輸和操控、功能材料制備等方面的重要應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)使它們?cè)谏铩⒒瘜W(xué)等領(lǐng)域開(kāi) 始被廣泛關(guān)注。在這些應(yīng)用領(lǐng)域里，乳液和液體彈珠的穩(wěn)定性決定了制造產(chǎn)品的質(zhì)量、保質(zhì) 期，因而顯得極其關(guān)鍵。所以了解和表征乳液和液體彈珠的穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品的初期設(shè)計(jì)或者 方法實(shí)施非常重要。
[0003] 乳液和液體彈珠的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在是否容易發(fā)生"聚并"（coalesce)現(xiàn)象。
[0004] 眾所周知，乳液是一種液體以液滴形式分散在與它不相混溶的另一種液體中而形 成的分散體系。例如水以小液滴的形式分散在油中（即油包水結(jié)構(gòu)），或油以小液滴的形式 分散在水中（即水包油結(jié)構(gòu)）。另外，要形成穩(wěn)定的乳液，除了兩種不混溶的液體外，還必須 加入第三種物質(zhì)一表面活性劑。這是因?yàn)椋捎谒挥徒缑鎻埩Φ木壒?，小液滴之間會(huì)相互 聚并，最終形成水-油分層的結(jié)果。而表面活性劑的加入可以降低水一油界面張力，從而阻 止小液滴之間的聚并，從而形成穩(wěn)定的乳液。然而，這種穩(wěn)定并非絕對(duì)的穩(wěn)定，隨著時(shí)間的 推移，乳液中分散的小液滴總是趨向于相互聚并。
[0005] 液體彈珠是一種被高疏水性顆粒包裹形成的不潤(rùn)濕的液滴，可以穩(wěn)定地靜置于固 體及液體表面。同樣的，這種穩(wěn)定也是相對(duì)的，多個(gè)液體彈珠在一定條件下也會(huì)發(fā)生聚并現(xiàn) 象。
[0006] 因此，在乳液和液體彈珠的設(shè)計(jì)初期以及得到產(chǎn)品后，都需要對(duì)它們的穩(wěn)定性進(jìn) 行表征和測(cè)量。
[0007]目前測(cè)量乳液的穩(wěn)定性的方法主要是通過(guò)光學(xué)顯微鏡成像、光散射、電脈沖、超聲 等技術(shù)來(lái)檢測(cè)液滴大小和數(shù)量隨時(shí)間的變化。然后再由液滴大小和數(shù)量的變化快慢程度來(lái) 衡量該種乳液的穩(wěn)定性。例如某種乳液如果在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能維持在原來(lái)的大小和數(shù)量，不怎 么會(huì)聚并成大液滴，說(shuō)明其非常穩(wěn)定。反之，說(shuō)明乳液不是很穩(wěn)定。
[0008] 這種方法的主要的缺點(diǎn)是完成這個(gè)過(guò)程需要的周期長(zhǎng)、成本高。例如，假設(shè)某種化 妝品要求有三年的保質(zhì)期，使用該種方法則需要在差不多三年左右的時(shí)間段里對(duì)化妝品里 面的乳液成分進(jìn)行大小和數(shù)量的檢測(cè)，從而確保其穩(wěn)定性達(dá)到保質(zhì)期的要求。
[0009] 人們有時(shí)候會(huì)通過(guò)離心、攪拌、加熱等方式來(lái)加速這種方法測(cè)量的過(guò)程。但是這些 加速測(cè)量的方法有很多局限性，并且缺乏一些基本的科學(xué)依據(jù)。例如通過(guò)離心的方法測(cè)量 乳液穩(wěn)定性要求組成乳液不相溶的兩相流體有較大的密度差。但是在實(shí)際的乳液中，兩相 的密度很多時(shí)候是很接近的，從而導(dǎo)致用離心的方法來(lái)測(cè)量會(huì)有較大的誤差。
[0010] 目前測(cè)量液體彈珠穩(wěn)定性主要是通過(guò)擠壓、碰撞的方法使液體彈珠破掉，然后根 據(jù)它被擠破所需要的臨界壓強(qiáng)值來(lái)衡量該種液體彈珠的穩(wěn)定性。如果一種液體彈珠能夠承 受擠壓和碰撞的壓強(qiáng)越大，那么它們也就越穩(wěn)定。
[0011] 這種方法中，擠壓、碰撞的方式對(duì)技術(shù)和儀器要求很高，而且得到的結(jié)果精度差。 比如在液體彈珠碰撞的實(shí)驗(yàn)中，要求兩顆液體彈珠以一定的速度很精確地碰撞在一起，考 慮到液滴彈珠的大小一般是幾百微米到一兩毫米，這對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)精度和實(shí)施方法要求很 高。其次，在測(cè)量過(guò)程中一般需要高速攝像機(jī)來(lái)拍攝液滴的形態(tài)變化，從而導(dǎo)致實(shí)施成本很 高。同時(shí)用這些方法測(cè)量的液體彈珠穩(wěn)定性忽略了重力、液體的粘度等因素的影響，計(jì)算結(jié) 果的精度并不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種測(cè)試乳液和液體彈 珠穩(wěn)定性的裝置和方法。
[0013] 本發(fā)明提供了一種測(cè)試乳液穩(wěn)定性的方法，所述乳液包括油相材料、水相材料以 及表面活性劑，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：
[0014] 1)、在所述油相材料中形成由所述水相材料構(gòu)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觸而不聚并；
[0015] 2)、該步驟選自如下步驟a)和b)之一：
[0016] a)、在所述第一液滴與所述第二液滴之間施加一直流電壓，并使所述直流電壓逐 漸增加，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的直流電壓的值為臨界電壓 值，用于表征所述乳液的穩(wěn)定性；
[0017] b)、i)在所述第一液滴與所述第二液滴之間施加一交流電壓，使所述交流電壓的 幅值固定，并逐漸降低頻率，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率值 為對(duì)應(yīng)于該幅值的臨界頻率值；
[0018] ii)逐步增加所述交流電壓的幅值，并在每個(gè)幅值下重復(fù)上述步驟i)得到與其對(duì) 應(yīng)的臨界頻率值，直到臨界頻率值收斂于一臨界頻率飽和值），所述臨界頻率飽和值表征所 述乳液的穩(wěn)定性。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述第一液滴和第二液滴的直徑為1-2毫米。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述第一液滴和第二液滴分別通過(guò)具有針頭的注射 器而形成在所述針頭的尖端處。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述直流電壓或所述交流電壓是通過(guò)所述針頭施加 到所述第一液滴和第二液滴之間的。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種用于測(cè)試乳液穩(wěn)定性的裝置，所述乳液包括油相材料、水相 材料以及表面活性劑，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述裝置 包括：
[0023] 容器，用于容納所述油相材料和所述表面活性劑，其側(cè)壁上具有多個(gè)通孔；
[0024] 第一針頭和第二針頭，分別通過(guò)所述容器上的所述通孔伸入所述容器中，所述第 一針頭和第二針頭可相對(duì)移動(dòng)，以使彼此的尖端相互遠(yuǎn)離或靠近；
[0025] 第一注射器和第二注射器，分別連接到所述第一針頭和第二針頭，用于向所述第 一針頭和所述第二針頭中送入所述水相材料，以在所述第一針頭和所述第二針頭的尖端處 分別形成第一液滴和第二液滴；
[0026] 電源，其正負(fù)極分別連接到所述第一針頭和第二針頭，用于向所述第一液滴和第 二液滴施加直流電壓或交流電壓。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明提供的裝置，其中所述針頭由導(dǎo)電材料制成。
[0028] 本發(fā)明還提供了一種測(cè)量乳液中的表面活性劑的臨界膠束濃度的方法，所述乳液 包括油相材料、水相材料以及表面活性劑，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：
[0029] 配制多份乳液，使其中的表面活性劑的濃度依次增大；
[0030] 利用上述方法，對(duì)所述表面活性劑濃度依次增大的多份乳液依次得到臨界電壓值 或臨界頻率飽和值，直到臨界電壓值開(kāi)始收斂或者直到臨界頻率飽和值開(kāi)始收斂，這時(shí)的 表面活性劑濃度值即為臨界膠束濃度；
[0031] 得到臨界電壓值隨著表面活性劑濃度的增加而開(kāi)始收斂時(shí)所對(duì)應(yīng)的表面活性劑 濃度值，或者得到臨界頻率飽和值隨著表面活性劑濃度的增加而開(kāi)始收斂時(shí)所對(duì)應(yīng)的表面 活性劑濃度值，這時(shí)得到的表面活性劑濃度值即為臨界膠束濃度。
[0032] 本發(fā)明還提供了一種測(cè)試液體彈珠的穩(wěn)定性的方法，包括：
[0033] 1)、提供第一液體彈珠和第二液體彈珠，并使所述第一液體彈珠和第二液體彈珠 相互接觸而不聚并；
[0034] 2)、該步驟選自如下步驟a)和b)之一：
[0035] a)、在所述第一液體彈珠和第二液體彈珠之間施加一直流電壓，并使所述直流電 壓逐漸增加，直到所述第一液體彈珠和第二液體彈珠聚并，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的直流電壓的值為 臨界電壓值，用于表征所述第一液體彈珠和第二液體彈珠的穩(wěn)定性；
[0036] b)、i)在所述第一液體彈珠和第二液體彈珠之間施加一交流電壓，使所述交流電 壓的幅值固定，并逐漸降低頻率，直到所述第一液體彈珠和第二液體彈珠聚并，此時(shí)所對(duì)應(yīng) 的頻率值為對(duì)應(yīng)于該幅值的臨界頻率值；
[0037] ii)逐步增加所述交流電壓的幅值，并在每個(gè)幅值下重復(fù)上述步驟i)得到與其對(duì) 應(yīng)的臨界頻率值，直到臨界頻率值收斂于一臨界頻率飽和值），所述臨界頻率飽和值表征所 述第一液體彈珠和第二液體彈珠的穩(wěn)定性。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述直流電壓或所述交