(4) 界面复合物生成法
在油相中溶入一种乳化剂,在水相中溶入另一种乳化剂,当水和油相混合并剧烈搅拌时,两种乳化剂在界面上形成稳定的复合物。
(5) 轮流加液法
将水和油轮流加入乳化剂中,每次少量加入,形成O/W型或W/O型乳状液。
1.4 影响乳状液类型的因素
乳状液是一种热力学不稳定性体系,影响乳状液类型的因素有多种,在某些情况下是几个因素共同作用的结果[3]。(1)乳化剂的分子构型,乳化剂分子在分散相液滴与分散介质间的界面形成定向的吸附层,对于含有钠,钾等一价碱金属的脂肪酸的乳化剂,容易形成水包油型乳状液;而含有钙、镁等二价金属皂的乳化剂易形成油包水型乳液,即乳化剂分子在界面定向吸附时,亲水端指向水相,亲油碳氢链端指向油相,当亲水端与疏水端相比基团较大时,乳化剂的疏水端易于进入胶体粒子的内核,从而形成O/W型乳液;反之则形成W/O型乳液。因而有较大极性头的一价金属皂有利于形成O/W型乳状液,而有较大碳氢链的二价金属皂则有利于形成W/O型乳状液。(2)乳化剂的亲水性[4],乳液制备的一个十分重要的的规律是水溶性乳化剂趋向于形成O/W型乳液,而油溶性乳化剂趋向于形成W/O型乳液,这个规律即为著名的Bancroft规则,这一规律能够定性解释乳化剂的亲水性与形成乳液类型的关系。根据Bancroft规则,在油水两相中,对乳化剂溶解度大的一相将成为外相,乳化剂在某相中溶解度大,表示它与该相的相溶性好其相应的界面张力较低,体系有较高的稳定性。因此,若乳化剂的HLB值较大,表示它的亲水性强,乳化剂易溶于水,则水是外相,易形成O/W型乳状液;而HLB值较小的乳化剂,亲油性强,易溶于油相的乳化剂,则油是外相,易形成W/O型乳状液[5]。例如,油酸钠的HLB值为18,是水溶性的,作为乳化剂时,易形成O/W型乳状液;而甘油单硬酯酸酯的HLB值为3.8,为油溶性的,则它们作为乳化剂时易形成W/O型乳状液。(3)相体积,对于乳状液的类型,起初人们总以为由两种液体构成的乳液量多的应为外相,而事实证明,这种看法不是完全正确的,现在可以值得内相体积大于65%的乳状液。若分散相液滴是大小均匀的圆珠,则可计算最密堆积时,液滴的体积占总体积的74.02%,即其余25.98%应为连续相。若分散相体积大于74.02%,乳状液就会发生破乳或者变型。若水相体积占总体积的26%-74%,O/W型和W/O型乳状液均可形成;若其小于26%,则只能形成W/O型;若其大于74%,则只能形成O/W型乳状液[6]。
1.5 乳状液的稳定性
化妆品储存时间的长短,是化妆品的一个重要质量指标,这也是由化妆品乳状液的稳定性所决定的。化妆品乳状液的稳定性可以分为两类:一类是力学稳定性,一类是微生物稳定性,本文只对力学稳定性进行介绍。关于乳状液的稳定性研究尚未成熟,直到现在为止还没有一个比较完整的理论,人们的研究仅限于特殊物系[7]。在这种情况下对某物系所得的正确结果,对于其他物系不一定可以适用。影响乳状液稳定性的因素非常复杂,但可以对其中最主要的方面,即界面膜的作用做更多的研究。因为乳状液的稳定性与液滴间的聚结密切相关,而界面膜则是聚结的关键。乳状液是高度分散的体系,为了得到乳状液,就要使一种液体高度分散于另一种液体中,这就大大增加了体系的界面积,同时要对体系做功,增加体系的总能量,所做功以表面能形式贮存在油-水界面上,这是一种非自发过程。相反,液珠聚结,体系中界面减少(也就是说体系自由能降低)的过程才是自发过程,因此,乳状液是热力学不稳定体系,为了尽量减少这种不稳定程度,就要降低油水界面张力,达到此目的的有效方法是加入乳化剂(表面活性剂)。由于表面活性剂具有亲水和亲油的双重性质,溶于水中的表面活性剂分子,其疏水基受到水的排斥力图把整个分子拉直界面(油水界面);亲水基则力图使整个分子溶于水中,这样就在界面上形成定向排列,是界面上的不饱和力得到某种程度上的平衡,从而降低了界面张力。但不论如何,对于乳状液体系,总是存在相当大的界面面积。因而就有一定量的界面自由能,这样的体系总是力图减小界面积而使能量降低,最终发生破乳、分层。总之,界面张力的高低主要表明了乳状液形成之难易,并非乳状液稳定性的必然衡量标志。复合膜强度,在乳液中分散的液滴总是不听的运动,因而常常相互碰撞。在油-水体系中加入乳化剂,在沉降界面张力的同时,根据Gibbs吸附定理,乳化剂(表面活性剂)必然在界面发生吸附,形成界面膜,此界面膜有一定强度,对分散相液珠有保护作用,使其在相互碰撞时不易聚结。如果在碰撞时,乳状液中相互碰撞的液滴界面膜被破坏,两液滴将会聚结形成较大的液滴,结果使体系的自由能下降。若这样的聚结过程继续下去,被分散相会从乳状液分离出来,发生“破乳”[8]。因而,界面膜的强度和它的紧密程度是决定乳状液稳定性的最主要的因素。研究发现,混合乳化剂形成的复合膜具有相当高的强度,并表现出高的弹性,不易破裂,所形成的乳状液稳定。表面活性剂在界面上吸附量的增加导致界面张力降低,再加上乳化剂分子与极性有机分子之间的相互作用,使界面膜中分子的排列更紧密,膜强度因此增加。对于离子型表面活性剂,界面吸附量的增加还使界面上的电荷增加,促使液滴间的排斥力增大,从而使乳状液的稳定性增加。界面电荷的作用,大部分稳定的乳状液液滴都带有电荷,这些电荷的来源与通常的溶胶一样,是由于电离,吸附或液滴与介质间摩擦而产生的。对乳状液来说,电离与吸附带电同时发生,特别是对于O/W型乳状液,界面电荷来源于界面上水溶性基团的电离。乳状液表面由于上述因素而带有一定量的界面电荷,由于这些电荷的存在,一方面,由于液珠表面所带电荷符号相同,故当液珠相互接近时相互排斥,从而防止液珠聚结,提高了乳状液的稳定性。另一方面,界面电荷密度越大,就表示界面膜分子排列的越紧密,于是界面膜强度也将越大,从而提高了液珠的稳定性。液滴大小及分布,乳状液液滴大小及其分布对乳状液的稳定性有很大的影响,液滴直径范围越窄越稳定。当平均粒子直径相同时,单分散的乳状液比多分散的稳定。相体积比,乳状液的被分散相体积增加,界面膜越来越膨胀,才可把被分散相包围住,界面膜变薄,体系的不稳定性增加。若被分散相的体积增加到超过连续相的体积,O/W或W/O型乳状液会越来越不如与其反相的乳状液(即W/O或O/W型乳状液)稳定,除非乳化剂的亲水-亲油平衡值限制液体系只能形成一种类型的乳状液,否则,乳状液就会发生变型[9,14]。乳状液的粘度,乳状液连续相的黏度越大,则分散相液珠的运动速度越慢,碰撞频率与凝结速率越低,有利于乳状液稳定。另一方面,当分散相的粒子数增加时,外相黏度亦增加,因而浓乳状液较稀乳状液稳定。温度的影响,温度变化会引起乳状液一些性质和状态的变化,其中包括两相间的界面张力,界面膜的性质和黏度,乳化剂在两相的相对溶解度,液相的蒸汽压和黏度,被分散粒子的热运动等。因而,温度的变化对乳状液的稳定性有很大的影响,它可能会使乳状液变型或引起破乳。粉末乳化剂的稳定作用,固体粉末可起着乳化剂的作用,使乳化剂稳定。固体粉末处在油相、水相还是两相界面上,取决于粉末的亲水亲油性。若粉末完全被水润湿,就会进入水相;粉末完全被润湿,就会进入油相;只有当粉末既能被水同时又能被油润湿时,才会停留在油-水界面上。由此看来,乳化剂在界面上吸附与影响乳状液稳定性的许多因素有重要关系。所以要得到比较稳定的乳状液,首先应考虑乳化剂在界面上的吸附性质,吸附强者,界面浓度大,界面张力降低较多,界面分子排列紧密,相互作用强,因而界面膜强度大,形成的乳状液较稳定;反之,则形成的乳状液就不稳定。
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