乳液凝膠的微流變性能研究

介紹

乳液被廣泛應用于食品和化妝品領域。它的貨架期對于供應商和用戶來說是非常重要的。很多年前，可溶性聚合物就被加入到乳狀液或懸浮液中以增加穩定性。這些聚合物通過微觀結構的凝膠性質為樣品提供了穩定性，產生了非常微弱的粘彈性性質。這種微弱的粘彈性影響著化妝品的終使用性能，例如物理穩定性或使用感受。Rheolaser光學法微流變儀在樣品*靜止條件下分析樣品的粘彈性變化，測試聚合物乳液的微流變性質變化過程。

在本文中，使用Rheolaser光學法微流變儀研究了聚合物濃度對乳液穩定性的影響，并測試了乳液的粘彈性變化過程。分析對象為黃原膠濃度0.12%-0.4%、含油量為20%的四個乳液樣品。

乳液凝膠基礎

黃原膠在乳液中形成貫穿的網絡結構，扮演空間空缺絮凝劑并給提供乳液瞬態的凝膠效果。乳液凝膠在短暫的時間內保持完整性，隨后局部網絡結構崩潰，形成致密的油相。這種現象被稱為乳液延遲分層。

Rheolaser光學法微流變儀通過追蹤顆粒的運動速度和范圍（MSD均方根位移），獲取不同時間下的均方根位移MSD曲線用于表征樣品粘彈性。

注：MSD曲線是樣品微觀流變性的信號，它反映著樣品的粘彈性。通過獲取樣品不同老化時間的MSD曲線可以識別樣品的粘性、彈性和微觀結構性質。MSD曲線越靠近下方彈性越強，越靠近右側粘性越強。

結果和討論

顆粒的均方根位移MSD

在乳液的微觀狀態下，乳液液滴的布朗運動與樣品的粘彈性相關，樣品粘彈性發生變化時，MSD曲線也隨時間發生變化。不同顏色的MSD曲線代表不同的老化時間，隨著老化時間的增加可以看見MSD曲線發生移動，在(Network formation 1)過程中，MSD曲線隨著老化時間逐漸向下移動，意味著彈性逐漸增加，在這步中黃原膠的空間網絡逐漸形成。在(Stable stage 2)階段，網絡結構達到穩定狀態，MSD曲線不發生變化。在(Network breaking 3)階段，也就是4h之后，可以觀察到曲線向左移動，說明樣品粘性開始下降，樣品微觀結構開始變化，這些變化可以用微流變參數宏觀粘度因子(MVI)來定量。

乳液的穩定性

MVI是對樣品宏觀粘度的定量描述，數值越大，樣品粘度越高。MVI在(Network formation 1)過程逐漸增加，然后形成一個平臺區，終在(Network breaking 3)階段開始下降。所以，當樣品粘性開始下降時，意味著樣品的微觀結構開始出現不穩定現象。隨著黃原膠濃度增加，粘性因子開始下降的越晚，乳液越粘，乳液分層現象出現的越晚。

穩定時間與長期觀察數據對比

Figure 3顯示了Rheolaser光學法微流變儀測得的失穩時間（MVI下降點）和肉眼觀察的穩定時間對比結果。從圖中可見，兩種穩定時間的相關性非常好，樣品的結構越強（黃原膠濃度越高）穩定時間越長（粘度降低時間越遲），同時，微流變測得的不穩定時間要遠遠早于肉眼觀察的時間點，因為微觀結構的失穩過程要早于宏觀狀態的失穩，使用者可以利用Rheolaser光學法微流變儀快速的對比樣品的穩定性，以預測在實際使用情況下的不穩定時間。

總結

工業中對同一個乳液凝膠的穩定性評價是非常耗時的，使用Rheolaser可以在無外力的條件下分析微觀粘彈性的變化，從而提早發現樣品局部的不穩定現象，并用于評價樣品的貨架期和粘彈性。

Rheolaser光學法微流變儀是另一款用于研究液態分散體系強有力的儀器，它可以在真實時間下，輕松和全面地表征粘彈性隨著時間的變化。