浅论膜乳化法的原理及影响因素

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摘要：介绍了膜乳化法的原理及其影响因素，由膜乳化法制备的单分散高分子微球具备粒径均一、分布可控等特点。

关键词：膜乳化；高分子微球；单分散

Abstract: this paper introduces the principle and method of membrane emulsification influence factor, from membrane emulsification method for single scattered polymer microspheres have uniform particle size distribution, controllable etc. Characteristics.

Keywords: membrane emulsification; Polymer microspheres; Single scattered

中图分类号：TQ423.92文献标识码：A 文章编号：

随着科学技术的发展，单分散高分子微球作为功能性高分子材料，在分析化学、生物化学、免疫医学、日用化学、标准计量等诸多技术领域中的应用越来越广泛。高分子微球的制备方法大致可分为两类：一是利用由单体出发的聚合反应形成微球，二是在得到稳定的单重或多重乳液的基础上通过物理或化学方法固化乳液液滴得到高分子微球。膜乳化技术是通过无机膜微孔将分散相在外加压力的作用下，压入连续相中形成乳状液。通过控制分散压力和膜孔径，实现乳状液滴的单分散性。这是机械搅拌、超声乳化等传统乳化方法所不具备的。膜乳化法使用多孔质膜，要求膜孔径均一，经外加压力作用后，膜不会发生变形、破损及孔径变化。因此，目前认为最适宜膜为SPG膜，即即CaO—Al2O3，一B2O3，一SiO2：的多孔质玻璃膜，用酸处理，除去可溶性的CaO和B203，，最后形成以：Al2O3一SiO2为骨架的具有均匀微孔构造的材料，加工成一定的厚度和形状，即称为SPG膜。通过制备条件的改变，可以获得不同孔径的SPG膜。迄今，国内外研究者已经在膜乳化法制备单分散高分子微球领域进行了大量的研究，并且取得了一些成果。

1．膜乳化法的原理

膜乳化原理及过程体系

膜乳化技术的最早研究可以追溯到20世纪80年代末，Nakashima掣[3，4]制造了一种特殊的玻璃膜，称为硅砂多孔玻璃(SPG)膜，并提出膜乳化方法，引起各国学者的重视，膜乳化是一种新型的乳化工艺,也是一种新型的膜过程。自此，这种与传统方法相比具有操作简单、能耗低、表面活性剂用量少以及乳液性能高并且能制备窄粒径分布的乳状液的方法引起了人们的广泛注意，在化工、食品以及化妆品工业中有广阔的应用前景。现在实验研究除了使用SPG膜作为乳化介质制备乳状液外，还报道了其他类型的膜，诸如陶瓷膜、金属膜、聚合物膜及微能装置等。

图1是膜乳化流程原理图,连续相在膜表面流动，分散相在外加压力作用下通过微孔膜的膜孔在膜表面形成液滴，当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；另一方面还可阻止液滴的聚集和粗化。根据所用膜与油或水的亲和特性，膜乳化过程可制得O／W型或W／O型的乳状液。

图1 膜乳化流程原理图

膜乳化的具体过程可分为分散相在膜孔内传递和膜孔端液滴形成两个阶段。其中最重要的膜孔端液滴的形成过程又可分为液滴生长阶段和液滴剥离阶段。首先膜孔上形成半球型液滴，随着分散相的流入，液滴不断长大，然后液滴的受力平衡被破坏而从膜孔剥离。

2．膜乳化法的影响因素

膜的性质、乳化剂类型、乳液物化性质等都是影响膜乳化过程的因素，概括起来主要分为以下几类。

2．1膜参数

(1)膜的孔径及孔隙率：通常在给定条件下，分散相的平均粒径与SPG膜的平均孔径正相关哺。这个关系，无论对O／W型还是W／O型乳状液都成立。膜的孔隙率也很重要，因为它决定了相邻孔间的距离，距离增加，孔隙率下降。在高孔隙率下，孔越接近，在膜表面液滴分离前，其并聚的可能性越大。

(2)膜的分布表面特性：膜乳化法制备超微乳状液时，作为分散相出口端的膜表面，不能被分散相润湿，SPG膜与连续相亲和性要比分散相高，细孔壁必定要能被连续相润湿。也就是在调制O／W型乳状液时，多孔质膜必须具有亲水性；相反，调制W／O型时，一定具有疏水性。多孔质膜如果被分散相浸润，则不能进行理想的膜乳化。

2．2相参数

(1)乳化剂：在乳状液的形成过程中，乳化剂起到两方面的作用|：首先降低了油、水相间的界面张力，这有利于液滴的分散；其次乳化剂能有效地阻止油滴间发生不可逆絮凝和聚结。因此加入乳化剂可以使分散体系稳定性大大增加，而这两方面效果的优劣主要取决于乳化剂的类型和浓度。乳化剂的类型会影响乳化的效果，在连续相中添加乳化剂要注意亲水性膜不可加疏水性的乳化剂，反之亦然。另外当膜的表面带负电时，则选择阴离子或非离子表面活性剂较为合适，因为阳离子表面活性剂会由于与膜相互吸引而使膜的表面性质发生改变。乳化剂的浓度对液滴的生成也有影响，较低的表面活性剂浓度产生较大的液滴，这是因为当乳化剂的浓度较大时，在液滴长大之前乳化剂很快吸附到液滴表面上，使液滴很小时就从膜表面脱落，而且液滴稳定，不易结合，但是乳化剂的浓度不是越高越好，还需考虑黏度等其他因素的影响，一般应用时乳化剂的浓度需在其cmc(临界胶束浓度)之上。不同的乳化剂吸附到液滴表面的速度不同，吸附速度越快，液滴界面张力降低也越快，液滴所受的使其保持在膜表面的由界面张力引起的力的降低也越快，因而分散相液滴剥离时的直径趋于减小，而分散相透过膜的通量则趋于增大。

(2)温度和黏度：对于乳化过程而言，温度是一个重要的影响参数，不仅影响分散相和连续相的黏度，而且影响乳化剂的溶解度、乳液性能如相转移温度及扩散性能，从而影响两相的界面张力。两相黏度影响液滴大小，当黏度大时，乳化剂被吸附到液滴的速率较慢，制备的乳液液滴较大。Asano等”采用亲水性微孔玻璃膜制备了不同粒径的单分散O／W型乳状液，研究了制乳过程中黏度的变化，结果发现乳状液平均粒径和乳状液黏度是相互关联的。当分散相液滴尺寸减小，乳状液液滴总面积增加时，则乳状液黏度增加。

(3)pH值：通常，pH值是另一制约因素。膜表面性质受pH值的制约。若在给定pH值下，表面无净电荷，即为等电点。pH值高于或低于等电点，膜分别带负电或正电。膜所带电荷对吸附何种表面活性剂影响很大，它可使亲水性膜具有疏水性，影响乳状液的平均粒径及分布。

2．3过程参数

(1)膜乳化跨膜压力：在膜乳化过程中，分散相通过SPG膜微孔进入连续相介质，需要克服分散相和固体膜孔壁界面之间存在的张力以及渗透过程的阻力，合适的压力范围应从分散相可以透过多孔膜的最低压力(临界压力)到膜能承受的最大压力。压力过大或过小都将不利于膜乳化过程的进行。Williams等认为合适的跨膜压力应为临界压力的2～10倍。

(2)连续相流速：连续相流动状况对乳化效果的影响主要表现为剪切力的影响，连续相流速必须超过一定的临界值，使壁面剪切力能克服膜表面液滴的界面张力而使液滴脱离膜表面。剪切力较小时，液滴尺寸随连续相速率的增加而急剧减小，但当剪切力增加到一定程度后，则随着连续相速率的进一步增大，液滴尺寸的减小变缓，直至接近稳定值。通过调节连续相速率可控制液滴大小，壁面剪切力对液滴大小的影响还随连续相中分散相浓度的改变而改变。

3．结语

膜乳化技术的出现，为制备粒径大小及分布可控的单分散高分子微球提供了优良的技术手段。目前，单分散高分子微球在药物载体、酶固定和色谱等领域中的应用已成为研究热点，并且已经取得了一定的成果。未来随着膜乳化技术的不断发展与完善，其在化妆品及个人护理用品、生物、医药、化工、电子等领域必定有更加广阔的应用前景。

参考文献

[1]王志，王世昌，SCHROEDER V，等．乳状液制备新工艺[J]．膜科学

与技术，1999，19(2)：49—53．

[2]李娜，陈登飞．膜乳化过程研究进展[J]．膜科学与技术，2006，26

(4)：71—77．

[3]金增辉，徐大庆．膜乳化法[J]．武汉食品工业学院学报，1995(2)：

31—36．

[4]吴俊，景文珩，邢卫红，等．膜法制备乳状液研究进展[J]．现代化

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