CTMAB微乳体系的相行为研究

孔祥鹏，龚殿婷，李凤华

（1. 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001； 2. 东北大学， 辽宁 沈阳 110004）

CTMAB微乳体系的相行为研究

孔祥鹏1，龚殿婷1，李凤华2

（1. 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001； 2. 东北大学， 辽宁 沈阳 110004）

进行了CTMAB/正丁醇/环己烷/水微乳液体系相行为的研究。通过制备微乳液，总体了解W/O型微乳液的相应性质，对制备过程中的反应条件做逐一的比较，包括CTMAB微乳体系当中表面活性剂的选择，助表面活性剂的选择，油相的选择，最终选择出最佳的配比。当CTAB与正丁醇的质量比为1∶1时，体系对水的增溶量最大，并且确定（CTAB+正丁醇）与环己烷的质量比为1.5∶1，制备温度选为20 ℃、pH值选为8时，CTMAB微乳体系有较好的温度和酸碱度。

纳米粒子；W/O微乳液；CTMAB微乳体系；相行为

微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、油与水等组分在适当比例下组成的无色透明（或半透明）、低粘度体系［1,2］。选择适当的油相、表面活性剂与助表面活性剂非常重要。常用的表面活性剂类型有阴离子型、阳离子型、非离子型以及双链离子型等［3］。溶剂通常选择非极性溶剂，如烷烃或环烷烃等[4]。微乳法是纳米材料制备方法中液相法的一种[5]。在一定条件下微乳液可以保证尺寸的自复制与自组装，为纳米微粒的制备提供了的热力学稳定体系环境[6]。

本试验的微乳液体系属W/O型，选用CTMAB为非离子表面活性剂（S），正丁醇为助表面活性剂（As），油相选用环己烷。微乳液的生产方法包括Schulman法和Shah法[7]，试验中采用Shah法，即把CTMAB、正丁醇与环己烷充分混合均匀后，滴入去离子水，至体系透明、澄清，成为微乳液体系[8]。微乳液制备简单，操作易行，原料可取，生成条件不苛刻，以微乳液为环境制取纳米材料是一种十分先进的生产技术[9]，目前微乳法制备纳米材料已取得了相当的进展[10]。

1 试验部分

1.1 原料及仪器

主要原料：十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB），正丁醇，环己烷，氢氧化钠，以上试剂均为分析纯，去离子水。

主要实验仪器： JA5003N电子天平，85-2数控恒温磁力搅拌器，一般实验室仪器。

1.2 试验步骤

（1）确定CTMAB（S）与正丁醇（AS）的质量比

保持温度20 ℃，固定油相环己烷用量，将不同配比的CTMAB、正丁醇与环己烷混合均匀，加入去离子水，在相同的反应条件下，用目视法观测微乳液达到平衡时的稳定区域。绘制三相图，选出CTMAB与正丁醇的最佳质量配比。

表1 不同CTMAB～n-C4H9OH质量比的HLB值Table 1 HBL theoretical calculation of different CTAB～n-CHOH quality ratio

（2）确定最优反应条件

选取最佳的原料配比，改变试验温度与体系pH值进行微乳液的制备，用目测法观测最终稳定区域。

2 结果与讨论

微乳液的相行为是依据不同的温度、pH值、配比表现出不同的状态[11-14]。可用相图表示相行为。作为纳米材料的反应模板，要求微乳体系具有较大的稳定性，较高的增溶水量及合适的界面强度[15]。

2.1 S/As的质量配比对CTMAB微乳体系的影响

微乳液体系中S/As的质量配比是十分重要的，不同增溶量条件下，微乳区对纳米粒子的吸收也不同[16]，这将关系到纳米粒子的吸收稳定性，从而影响纳米粒子整体的性质。表2给出了不同CTAB～n-C4H9OH质量比时的HLB值。根据实验结果并对照HLB的理论值，可以认为CTAB与n-C4H9OH质量比为1∶1最适合此微乳液的稳定形成。

表2 不同CTMAB～n-C4H9OH质量比的HLB值Table 2 HBL theoretical calculation of different CTAB～n-C4H9OH quality ratio

同时试验分别采用S/As质量比为1:1、1.5:1、2:1进行相平衡测定，结果如图1所示。

图1 S/As配比对体系稳定区域的影响Fig.1 The effect of ratio of S/As on the stable area

由图1可知，微乳液稳定区域位于和溶线以左、相变线以右。当S与As质量比例为1∶1时，微乳液有最大的稳定区间，与HLB值测得结果比较，可知S/As质量比选为1∶1比较适合。

2.2 温度对CTMAB微乳体系稳定区域的影响

不同温度下，相同配比的微乳液对水的增溶量会发生很明显的变化，故选取一个最佳的温度是制备微乳液的关键。保持S/As的质量比为1∶1，试验温度分别选取10、20、40 ℃，结果如图2所示。

图2 温度对w/o微乳区域的影响Fig.2 The effect of temperature on W/O micro-emulsion areas

由图2可知，在10～40 ℃之间，有较大的微乳液稳定区域。温度对该体系影响较小，只是溶解区略有变化。当温度取为室温20 ℃时，体系的溶水量较高，稳定区域面积较大，已满足试验所需。

2.3 pH值对微乳体系的影响

pH值是制备微乳液过程中的一个重要因数，微乳液是偏弱碱性的，在此条件下制备的微乳液的性能较好。pH值直接影响微乳液的酸碱环境，在此微乳液环境中制备的纳米材料也会表现出不同性能。

图3是不同pH值条件下微乳区相图。

图3 pH值对W/O微乳区的影响Fig.3 The effect of pH value on W/O micro-emulsion areas

由图3中可以看出当pH值处于6～10之间时，体系的稳定区域始终位于溶水线内部，微乳液稳定区域基本未受pH值的变化的影响。当pH值接近8时，微乳液有较大的增水量。

3 结 论

通过试验研究，考察了CTMAB微乳体系的S/As质量配比、制备的温度和pH值的选用，确定最佳工艺参数，制备出了相应的微乳体系，并对微乳体系进行相应理论探究，得到下列结论：

（1）当S/As质量比为1∶1时，体系对水的增溶量最大，并且确定（CTMAB+正丁醇）与环己烷的质量比为1.5∶1。

（2）当制备温度取20 ℃、pH值选为8时，CTMAB微乳体系有较好的温度和酸碱度，稳定性较好。

（3）在最佳工艺条件下，制备出相应的微乳液。但存在着不足，例如，在制备时水的滴定终点会发生偏移，对偏移量需加以更好的改进，从而使相应试验更加完善。

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Study on the Phase Behavior of CTMAB Microemulsion System

KONG Xiang-peng1，GONG Dian-ting1，LI Feng-hua2
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. Northeastern University, Liaoning Shenyang 110004，China）

The phase behavior of the CTMAB microemulsion system was researched in this paper. The properties of W/O microemulsion were generally analyzed by microemulsion preparation. The preparation conditions of the microemulsion were investigated, such as selection of surfactants in CTMAB microemulsion system, choice of the assistant surfactant, and choice of oil phase. The optimum proportion was determined. The results show that，when the mass ratio of CTMAB and n-butanol is 1:1, the system has the maximum water solubilization capacity；and when the mass ratio of (CTMAB+ butanol) and cyclohexane is 1.5:1，the preparation temperature is 20℃ and pH is 8, prepared CTMAB microemulsion system has good temperature and stable pH value.

Nanoparticles; W/O microemulsion; CTMAB microemulsion system; Phase behavior

TQ 028

： A

： 1671-0460（2015）11-2575-03

2015-11-13

孔祥鹏（1993-），男，辽宁抚顺人。E-mail：smile_bear.student@sina.com。

李凤华（1977-），女，副教授，博士，研究方向：从事材料研究与资源综合利用。E-mail：sy_dbdx@sina.com。