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聚甘油脂肪酸酯W/O/W多重乳液的稳定性分析

来源:知实学术 分类:工业论文 发布时间:2021-08-31 浏览:

  摘 要:采用实验分析的方法,在实验过程中制备W/O/W多重乳液,并综合评估不同实验条件对W/O/W多重乳液稳定性的影响,总结聚甘油脂肪酸酯下W/O/W多重乳液的稳定性情况。

  关键词:W/O/W多重乳液;稳定性;聚甘油脂肪酸酯

宁波化工

  《宁波化工》主要栏目有:专论综述、研究探讨、科研生产、工艺技术、设计开发、安全环保、信息文摘等。读者对象主要是石油化工行业及相关领域从事科研、设计、生产的专业技术人员及大专院校师生。

  水包油包水(Water/Oil/Water,W/O/W)多重乳液是乳液的重要表现形式,在食品、化妆品等领域得到了广泛应用。聚甘油脂肪酸酯作为一种具有优良性能的非离子表面活性剂,对W/O/W多重乳液的稳定性有直接作用,值得关注。

  1 实验准备

  1.1 实验试剂与设备的选择

  本实验使用的试剂包括:(1)Span80、Tween80、液体石蜡、黄原胶(国药集团化学试剂有限公司);(2)甘油单异硬脂酸酯、聚甘油-2-二油酸酯、甘油单油酸酯等(金盛新材料科技有限责任公司);(3)十聚甘油单辛酸酯、十聚甘油单癸酸酯、十聚甘油单月桂酸酯等材料(实验室自制)。

  实验的关键设备包括:(1)磁力加热搅拌器(精达仪器制造有限公司);(2)均质机(德国IKA公司);(3)旋转流变仪(美国沃特世公司);(4)恒温水浴锅(胜卫电子科技有限公司)。

  1.2 W/O/W多重乳液的制备

  在本实验中,为了制备稳定的多重乳液体系,采用两步乳化制备方法,其中,以正交实验法优化制备条件,启动恒温水浴锅之后,维持温度45 ℃,取少量W/O乳化剂,按照所需比例计算W/O乳化剂的用量,添加后均匀搅拌,按照W/O初乳油水比计算内水相用量,取少量维生素C溶于去离子水中,然后均匀搅拌,并在恒温水浴锅中预热;当内水相在400 r/min的搅拌速度下滴入油相后,将搅拌速度提升至800 r/min,搅拌15 min并自然冷却至室温,获得W/O初乳。

  将恒温水浴锅的温度控制在30 ℃左右,将W/O初乳恒温水浴预热之后,结合W/O/W多重乳液的乳水比计算O/W乳化剂用量(%)与外水相用量,将O/W乳化剂溶于去离子水中,充分搅拌之后常规预热。取W/O初乳,设置搅拌速度为400 r/min后添加外水相,后将搅拌速度上调至600 r/min,连续搅拌8~10 min,获得W/O/W多重乳液。

  1.3 乳液流变的测量

  在实验过程中,取少量W/O/W多重乳液,对样本进行应变扫描后,计算线性黏弹区。本实验为确保数据结果的精准度,设置应变掃描范围为0.1%~100.0%,并结合应变扫描结果设置相应的动态扫描频率。使用Origin 9.1软件制作图片,获得对应函数的曲线图,并使用显微镜观察乳液液珠的粒径大小以及分布情况。

  2 实验与结果分析

  2.1 不同类型W/O乳化剂对于稳定性的影响

  在本实验过程中,计算得到液体石蜡与水的配比为2∶1,W/O乳化剂设计的质量分数为10%。按照上述设置要求,分别选择Span80、甘油单异硬脂酸酯、聚甘油-2-二油酸酯、甘油单油酸酯4种物质制备W/O乳液,按照上述实验步骤研究4种物质对稳定性的影响,结果显示:4种物质对W/O乳液的黏度、分层率的影响存在明显差异,详细内容如表1所示。

  根据表1的相关数据,当W/O乳化剂为聚甘油-2-二油酸酯时,液体的黏度最大,分层率最低。所以在实验过程中,以相同的实验条件判断聚甘油-2-二油酸酯对乳液稳定性的影响。由实验结果可以发现,乳化剂的质量分数与乳液的粒径分布以及分层率之间存在相关性,在低质量分数范围内,随着乳化剂质量分数的增加,W/O乳液的分层率明显下降,相应的粒径也会减小,但乳液的稳定性明显增强;当乳化剂的质量分数达到10%时,乳液粒径集中在2 μm左右,此时乳液稳定性也逐渐平稳,这一数据证明:乳化剂是影响W/O乳液稳定性的主要条件,但是当乳化剂的质量分数达到一定水平之后,继续增加乳化剂的质量分数对于稳定性的影响不明显,提示需要在适当的数据区间内计算理想的质量分数。造成这一结果的原因可能为:随着乳化剂质量分数的增加,乳液的油水相比例会进一步减小,此时分散浓度增大,导致乳滴之间无充分距离,最终经碰撞后合并[1]。

  2.2 不同类型O/W乳化剂对W/O/W多重乳液稳定性的影响

  在本实验中,设计初级乳液与水的比例为9∶10,O/W乳化剂质量分数为6%,并分别选择十聚甘油单月桂酸酯、十聚甘油单癸酸酯、Tween80、十聚甘油单辛酸酯4种物质为O/W乳化剂,通过实验的方法计算不同O/W乳化剂对W/O/W多重乳液稳定性的影响,详细的实验计算结果如表2所示。

  从表2的数据可以发现,不同O/W乳化剂对W/O/W多重乳液稳定性的影响是不同的,其中十聚甘油单月桂酸酯的黏度最高、分层率最低。同时作为一种非离子型乳化剂,十聚甘油单月桂酸酯因具有较好的亲水性以及亲水亲油平衡值,在乳液形成过程中发挥着重要作用,保障了多重乳液的小乳滴多度团聚,是提高乳液稳定性的有效方法[2]。

  在上述实验结果的基础上,本实验设置黄原胶的质量分数为5%,选定十聚甘油单月桂酸酯为O/W乳化剂。从实验中可以发现,随着十聚甘油单月桂酸酯质量分数的增加,W/O/W多重乳液的分层率开始明显下降,并逐渐趋于稳定水平;当十聚甘油单月桂酸酯质量分数达到6%时,W/O/W多重乳液基本保持平衡的状态,无分层;同时根据进一步观察结果可以发现,随着十聚甘油单月桂酸酯质量分数的提升,W/O/W多重乳液的乳滴数量增加了,相互之间存在正相关关系。

  2.3 油水体积比对W/O/W多重乳液稳定性的影响

  结合前文的实验结果,本实验设置聚甘油-2-二油酸酯的质量分数为10%,评价不同油水体积比对W/O/W多重乳液稳定性的影响,最终实验结果如图1所示。

  从图1的相关数据中可以发现,当液体石蜡与水的比例不足2∶1时,乳液分层率平稳地维持在较低水平,但是随着液体石蜡与水的比例增加,乳液的黏度明显下降,相应的分层率也在不断增加。

  在本实验中,设置黄原胶的质量分数为0.15%、十六醇的质量分数为2.00%、十聚甘油单月桂酸酯的质量分数为6.00%时,判断不同油水体积比对多重乳液稳定性的影响。从实验的数据中可以发现,当初级乳液与水的比例大于9∶10时,乳液分层率相对平稳,并维持在较低水平。

  所以根据上述结果可以认为,W/O/W多重乳液与油水体积比存在相关性。当乳液黏度维持在较高水平时,受离心作用的影响,可以控制水滴下落的过程,进而降低分层率,这是实现乳液稳定的关键。

  3 结语

  从实验结果可以发现,聚甘油脂肪酸酯与W/O/W多重乳液的稳定性相关,为了进一步提高W/O/W多重乳液的稳定性,需要合理控制油水比,并选择十聚甘油单月桂酸酯为O/W乳化剂、聚甘油-2-二油酸酯为W/O乳化剂,已获得满意的加工效果。

  [参考文献]

  [1]刘晓青,刘宇航,陈玉燕,等.聚甘油脂肪酸酯的性质及其在化妆品中的应用[J].日用化学工业,2020,50(2):118-123.

  [2]徐宝财,张洁颖,张桂菊,等.聚甘油脂肪酸酯类乳化剂的合成、性质与应用研究进展[J].食品科学技术学报,2019,37(5):1-6,41.

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文章名称:聚甘油脂肪酸酯W/O/W多重乳液的稳定性分析

文章地址:http://www.zhishixueshu.com/gy/14906.html

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