旋轉滴界面張力儀在乳液穩定性評估中的關鍵技術解析

　　1. 引言
 

　　乳液是由兩種互不相溶的液體(如油相和水相)通過乳化劑形成的分散體系。其穩定性取決于液滴間的界面張力、電荷排斥力及空間位阻效應。若界面張力過低，乳液易發生破乳；若過高，則乳化劑無法有效吸附在界面上。因此，準確測量界面張力并分析其動態變化是優化乳液配方的關鍵。
 

　　傳統界面張力測量方法(如平板法、氣泡壓力法)受限于樣品量、溫度控制精度及動態過程捕捉能力。旋轉滴界面張力儀憑借其高靈敏度、寬測量范圍和實時動態監測能力，成為乳液穩定性研究的理想工具。本文聚焦其核心技術，探討其在乳液穩定性評估中的應用邏輯與實踐價值。
 

　　2. 旋轉滴界面張力儀的測量原理
 

　　2.1 基本原理
 

　　旋轉滴界面張力儀通過以下步驟實現測量：
 

　　樣品懸掛：將一滴待測液體(如油相或水相)懸掛在高速旋轉的親水性/疏水性表面(如鉑金盤)。
 

　　離心力驅動變形：旋轉產生的離心力使液滴拉伸為扁平或長條形，形成穩定的界面。
 

　　受力平衡分析：液滴的形狀由重力、離心力、表面張力和粘滯力共同決定。通過公式推導，可計算界面張力(γ)：

 

　　其中，m為液滴質量，g為重力加速度，r為液滴半徑，ω為旋轉角速度，η為液體粘度。
 

　　2.2 動態過程監測
 

　　儀器可實時記錄液滴體積、形狀及界面張力隨時間的變化，用于分析乳化劑的吸附速率、脫附行為及界面張力的衰減規律。
 

　　3. 乳液穩定性評估的關鍵技術
 

　　3.1 界面張力的定量分析
 

　　靜態界面張力：反映乳化劑在界面的初始吸附能力。若靜態界面張力過低(<1 mN/m)，乳液易因過度乳化而失穩。
 

　　動態界面張力：通過連續旋轉并測量界面張力衰減曲線，評估乳化劑的持久吸附性能。例如，在破乳劑存在下，界面張力可能快速上升，導致液滴聚結。
 

　　3.2 液滴形變與破裂行為觀察
 

　　高轉速下的液滴拉伸：當離心力超過表面張力時，液滴會破裂成小液滴，表明體系穩定性差。
 

　　臨界轉速(Critical Speed)：通過逐步提高轉速，確定液滴開始破裂的臨界條件，間接反映乳液的機械穩定性。
 

　　3.3 吸附動力學研究
 

　　時間-界面張力曲線：動態測量乳化劑分子從溶液擴散到界面的速率。若吸附速度慢，乳液在儲存過程中可能因界面保護不足而分層。
 

　　4. 實驗優化策略
 

　　4.1 樣品制備與預處理
 

　　分散均勻性：需通過超聲或高速剪切確保乳液無宏觀團聚。
 

　　避免污染：使用超純溶劑和清潔的鉑金盤，防止雜質干擾測量結果。
 

　　4.2 關鍵參數設置
 

　　旋轉速度：
 

　　初始速度較低(如1000 RPM)以觀察靜態界面張力。
 

　　高速(如5000 RPM)用于分析低界面張力及動態行為。
 

　　溫度控制：
 

　　溫度波動會導致界面張力變化，建議采用水浴或電控加熱系統維持恒溫(±0.1℃)。
 

　　液滴體積：
 

　　微型液滴(5~20 μL)對離心力敏感，適合高精度測量。

 

　　5. 應用案例分析
 

　　案例1：化妝品乳液的穩定性優化
 

　　目標：評估不同乳化劑(如吐溫80、司盤60)對O/W型乳液的穩定作用。
 

　　實驗方法：
 

　　制備含不同乳化劑的乳液樣品。
 

　　使用旋轉滴界面張力儀測量靜態界面張力(γ)和動態衰減曲線。
 

　　結果分析：
 

　　吐溫80的靜態γ較低(約15 mN/m)，但動態衰減快(半衰期<10 min)，表明其吸附能力弱。
 

　　司盤60的γ較高(約30 mN/m)，且衰減緩慢(半衰期>60 min)，適合作為長期穩定的乳化劑。
 

　　案例2：食品乳液的破乳劑篩選
 

　　目標：篩選高效破乳劑以降低原油含水率。
 

　　實驗方法：
 

　　測量原油與水的初始界面張力(γ_initial)。
 

　　加入破乳劑后，連續旋轉并記錄γ隨時間的變化。
 

　　結果評價：
 

　　破乳劑A使γ從40 mN/m降至5 mN/m(10 min內)，且液滴迅速聚結，綜合效果好。