LUMiFuge穩定性分析儀評估乳化漿料中顆粒的沉降和油滴的上浮特性

       生活中我們會看到各種各樣復雜的分散體，不僅僅是以單純的乳液和懸浮液的形式存在。如牛奶的主要成分是蛋白質，脂肪，乳糖，維生素，礦物質等。不溶性的蛋白質會出現沉降和絮凝，脂肪會出現上浮和聚并等不穩定現象的出現。再比如原油中有油質，瀝青質等幾種主要組分，瀝青質的沉積和油相的破乳往往是研究的重點。油滴和顆粒之間還會存在相互作用，固體顆粒吸附到油水界面還可以起到乳化穩定的作用。對于這些既有固體顆粒，又有液滴，或者顆粒和連續相的密度存在各種差異等原因導致的既有沉降行為，又有上浮/漂浮行為的復雜多組分分散體，如何表征其穩定性，甚至分別去比較沉降和上浮行為，對材料利用和產品開發來說是很重要的。

       本文利用光照式離心穩定性分析儀，對含有油滴和二氧化硅顆粒的乳化漿液進行失穩研究。以期可以為相關應用的客戶提供參考。

1，測試原理

Fig.1 Test principle

使用近紅外光源（或多光源系統）不斷照射整個樣品，與之平行的檢測器隨時間連續監測并反應樣品的透光率變化，從而形成樣品在分離過程的空間和時間透光率圖譜。

2，樣品和測試

2，1，樣品材料：O/W乳液中作為分散相的油為煤油，密度為787 kg/m3。陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）用于穩定O/W乳液。固體顆粒為二氧化硅（SiO2），形狀不規則，密度2580 kg/ m3。陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）用于穩定SiO2懸浮液。

2，2，乳化漿料制備：將0.3%的SDS溶解在超純去離子水中制備表面活性劑溶液。分別準備不同體積分數的油相，在向表面活性劑溶液中添加油后，使用均質機以20000 rpm的速度進行剪切混合90秒。將不同體積分數的SiO2加入0.3%的SDS的表面活性劑溶液，通過超聲分散。將O/W乳液, SiO2懸浮液以250 rpm的攪拌速度混合10 min，制備具有預定分數的油滴和SiO2顆粒的乳化漿料。

2，3，測試儀器：LUMiFuge

3，實驗結果

3．1，透光率圖譜

Fig.2 Schematic diagram of centrifugal flotation and sedimentation of the emulsion-slurry

Fig.3 Typical change with time in NIR light transmission

圖2是乳化劑漿料中SiO2顆粒的沉降和油滴上浮過程示意圖，對應圖3透光率圖譜隨時間的變化。我們可以很清楚地看到中間部分澄清度升高的過程。

3．2，界面追蹤

Fig.4 Flotation curve of oil droplets and sedimentation curve of SiO2 particles in the centrifugal separation of the emulsion-slurry, O/W emulsion, and SiO2 suspension

圖4是乳化漿料、水包油乳液和SiO2懸浮液在離心分離過程中油滴的上浮曲線和SiO2顆粒的沉降曲線。我們可以發現在相應的體積分數下，乳化漿料中油滴的上浮和SiO2顆粒的沉降速度均大于其在單一分散體（水包油乳液和SiO2懸浮液）中的行為。

Fig5 Effect of SiO2 particle volume fraction on the flotation coefficient of the oil droplets in the emulsion-slurry at different oil droplet volume fractions

圖5展示了SiO2顆粒體積分數對不同油滴體積分數的乳化漿料中油滴上浮系數的影響

Fig6 Effect of oil droplets volume fraction on the sedimentation coefficient of the SiO2 particle in the emulsion-slurry at different SiO2 particle volume fractions

圖6展示了油滴體積分數對不同SiO2顆粒體積分數的乳化漿料中顆粒沉降系數的影響。從圖5和6可得出結論：上浮和沉降系數隨乳化漿液中Si02顆粒或油滴體積分數的增加而增加。

4，小結

     利用光照離心式穩定性分析儀，可快速且有效地研究乳化漿料中油滴的上浮和顆粒的沉降特性。