对于无机固体颗粒, 最近的热点在于Pickering乳液的研究。最初, Ramsden等人最早发现将不溶性固体细粉与水和一些油性溶剂进行混合分散时, 固体细粉包裹在分散相液滴的表面, 形成一个固体壳层;当分散相液滴相互碰撞时, 固体壳层对液滴的变形和聚集起到阻碍作用, 可以形成较为稳定的乳液, 即固体稳定乳液。Pickering等人随后对固体稳定乳液进行了深入的研究, 因而固体稳定乳液也常被称为Pickering乳液。可以认为在乳液的形成过程中, 固体粒子充当的是表面活性剂的作用。目前的研究中, 很少有利用碳酸钙粒子研究Pickering乳液的例子, 而碳酸钙便宜且容易制备, 用于Pickering乳液中可能会引出有一个碳酸钙重要的应用领域。
两种互不相溶的液体混合在一起, 其中任一液体分散在另一液体中所形成的分散体系成为乳液。在大多数乳状液中, 一种液体是水, 另一种液体是不溶于水的有机液体, 可统称为“油”。若油为分散相而水为分散介质, 则称为“水包油型乳状液”, 以符号“O/W”表示;反之, 若水为分散相而油为分散介质, 则称为“油包水型乳状液”, 以符号“W/O”表示。
机械搅拌器, 烘箱, 接触角测定仪, 红外光谱仪, 磨口三颈烧瓶, 量筒。
纳米碳酸钙NCC;聚乙烯醇0.3g;丙烯酰胺8g;MBAM 4g;过硫酸钾1g;稳定剂10g;氢氧化钠0.033g;环己烷70ml;蒸馏水。
称量20g纳米碳酸钙, 加入到磨口三颈瓶中, 加入80ml水, 形成悬浮液, 放入到80度恒温的水浴锅中, 整个实验过程中以适当的转速连续搅拌。将氢氧化钠加入适量水溶解, 待全溶后将适量的硬脂酸加入到氢氧化钠溶液中, 继续加热溶解, 再将混合液趁热加入到三颈瓶中。继续搅拌一小时, 用布氏漏斗趁热真空吸滤, 将产品转移到干净的坩埚中, 然后放到110度烘箱中直到烘干为止。将烘干后的产品研磨为粉末状, 收集待用。
对纳米碳酸钙进行表征, 热失重分析研究样品的硬脂酸钠包覆量和样品与活性剂的键连方式;接触角测试;IR分析确定硬脂酸钠对纳米碳酸钙粒子的表面修饰情况。
将聚乙烯醇 (含少量氢氧化钠) 加入到含有30ml水的250ml磨口三颈瓶中, 待聚乙烯醇完全溶解后, 将溶液恢复到室温, 再加入丙烯酰胺8g, MBAM 4g, 过硫酸钾1g, 快速搅拌。将70ml环己烷加上10g稳定剂加入到分液漏斗中, 以较慢的速率滴加到三颈瓶中 (大概一秒一滴即可) , 整个过程中都要快速搅拌。滴加完毕后继续搅拌十分钟, 将其倒入到塑料瓶中, 盖好盖子, 固定到60度水浴中加热24小时。24小时之后, 即可得到聚合后的产物。将塑料瓶打开, 对产品拍照。
纳米级碳酸钙NCC:
为了确定碳酸钙纳米粒子表面是否包覆有硬脂酸, 我们通过红外光谱分析来表征。
表面修饰NCC的红外测试谱图:
结果分析:
NCC表面的硬脂酸结合率大, 预测其疏水化效果也好。
固体颗粒稳定环己烷/水乳液的机理:
乳液是热力学不稳定的体系。两种不混溶的液体, 一种液体均匀地分散于另一种液体中, 这就产生了许多的界面和较大的界面张力, 由于界面面积随着分散过程而大大增加, 导致化学潜能的增长。可以通过表面活性剂降低乳液形成的自由能, 因为表面活性剂可以使界面张力大大降低。但这只是动力学上的稳定, 因为表面活性剂对于液滴的聚集产生了动力学上的阻碍。但是, 固体颗粒稳定的乳液可以达到热力学上的稳定。其乳液形成的自由能可以通过将界面粒子取出的能量 (也叫吸附能) 来表示。
由于界面张力的存在, 以及粒子由于毛细压力产生的长程吸引力, 固体粒子聚集于液液界面并形成单层或多层致密膜也就是说, 液液界面将粒子吸附到界面上形成了保护膜, 这层膜包裹住了液滴, 从而阻隔了液滴碰撞时发生的聚集。
摘要：应用红外光谱分析方法确定硬脂酸钠对纳米碳酸钙的表面修饰, 再通过接触角的测试检验其疏水性。同时利用此材料充当表面活性剂成功将70ml环己烷分散到30ml水中, 得到了Pickering乳液, 观测乳液稳定性。最后, 采用接触角稍小于90度的纳米碳酸钙稳定基于丙烯酰胺单体的水包油型高内相比乳液制备聚丙烯酰胺|纳|纳米碳酸钙多孔复合材料。
关键词：纳米碳酸钙,表面活化,乳化,高内相比溶液模板法,聚合物多孔材料
[1] 王永周, 陈美, 曾宗强等.纳米碳酸钙表面改性研究进展.广东化工, 2008, 35 (10) :42-45.
[2] 张华, 陈建峰, 赵红英, 等.纳米碳酸钙表面改性及其对聚丙烯复合材料增韧的研究, 北京化工大学学报 (自然科学版) , 2002, 29 (05) :8-11.
[3] 马传国, 容敏智, 章明秋.纳米碳酸钙及其表面处理对等规聚丙烯结晶行为的影响, 高分子学报, 2003, (03) :381-386.
[4] 杜岩岩.纳米碳酸钙稳定高内相比乳液模板法制备多孔聚合物复合材料.吉林大学硕士学位论文.2011, 6.
推荐阅读：
