[發明專利]一種測試乳液和液體彈珠穩定性的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410710149.9
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN105699428B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 劉洲;陳新淘;H·A·法伊茲;岑浩璋
• 申請（專利權）人: 香港大學深圳研究院
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N27/60
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;王博

本發明提供了一種測試乳液和液體彈珠的穩定性的方法和裝置，利用乳液中的液滴或液體彈珠在電場中的聚并現象來測量的穩定性。本發明提供的方法能夠快速、精確地測試乳液和液體彈珠的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種測試乳液(emulsion)和液體彈珠(liquid marble)穩定性的方法，尤其涉及一種基于臨界電壓或基于臨界頻率飽和值來表征乳液和液體彈珠的穩定性的裝置和方法。

背景技術

乳液和液體彈珠在工業上有極其廣泛的應用。比如乳液是很多化妝品，食物，醫藥品的重要組成成分。雖然液體彈珠是近十幾年來才逐漸被發現和研究的，但其在化學反應、液體運輸和操控、功能材料制備等方面的重要應用價值已經使它們在生物、化學等領域開始被廣泛關注。在這些應用領域里，乳液和液體彈珠的穩定性決定了制造產品的質量、保質期，因而顯得極其關鍵。所以了解和表征乳液和液體彈珠的穩定性對產品的初期設計或者方法實施非常重要。

乳液和液體彈珠的穩定性主要體現在是否容易發生“聚并”(coalesce) 現象。

眾所周知，乳液是一種液體以液滴形式分散在與它不相混溶的另一種液體中而形成的分散體系。例如水以小液滴的形式分散在油中(即油包水結構)，或油以小液滴的形式分散在水中(即水包油結構)。另外，要形成穩定的乳液，除了兩種不混溶的液體外，還必須加入第三種物質─表面活性劑。這是因為，由于水－油界面張力的緣故，小液滴之間會相互聚并，最終形成水-油分層的結果。而表面活性劑的加入可以降低水－油界面張力，從而阻止小液滴之間的聚并，從而形成穩定的乳液。然而，這種穩定并非絕對的穩定，隨著時間的推移，乳液中分散的小液滴總是趨向于相互聚并。

液體彈珠是一種被高疏水性顆粒包裹形成的不潤濕的液滴，可以穩定地靜置于固體及液體表面。同樣的，這種穩定也是相對的，多個液體彈珠在一定條件下也會發生聚并現象。

因此，在乳液和液體彈珠的設計初期以及得到產品后，都需要對它們的穩定性進行表征和測量。

目前測量乳液的穩定性的方法主要是通過光學顯微鏡成像、光散射、電脈沖、超聲等技術來檢測液滴大小和數量隨時間的變化。然后再由液滴大小和數量的變化快慢程度來衡量該種乳液的穩定性。例如某種乳液如果在長時間內能維持在原來的大小和數量，不怎么會聚并成大液滴，說明其非常穩定。反之，說明乳液不是很穩定。

這種方法的主要的缺點是完成這個過程需要的周期長、成本高。例如，假設某種化妝品要求有三年的保質期，使用該種方法則需要在差不多三年左右的時間段里對化妝品里面的乳液成分進行大小和數量的檢測，從而確保其穩定性達到保質期的要求。

人們有時候會通過離心、攪拌、加熱等方式來加速這種方法測量的過程。但是這些加速測量的方法有很多局限性，并且缺乏一些基本的科學依據。例如通過離心的方法測量乳液穩定性要求組成乳液不相溶的兩相流體有較大的密度差。但是在實際的乳液中，兩相的密度很多時候是很接近的，從而導致用離心的方法來測量會有較大的誤差。

目前測量液體彈珠穩定性主要是通過擠壓、碰撞的方法使液體彈珠破掉，然后根據它被擠破所需要的臨界壓強值來衡量該種液體彈珠的穩定性。如果一種液體彈珠能夠承受擠壓和碰撞的壓強越大，那么它們也就越穩定。

這種方法中，擠壓、碰撞的方式對技術和儀器要求很高，而且得到的結果精度差。比如在液體彈珠碰撞的實驗中，要求兩顆液體彈珠以一定的速度很精確地碰撞在一起，考慮到液滴彈珠的大小一般是幾百微米到一兩毫米，這對實驗技術精度和實施方法要求很高。其次，在測量過程中一般需要高速攝像機來拍攝液滴的形態變化，從而導致實施成本很高。同時用這些方法測量的液體彈珠穩定性忽略了重力、液體的粘度等因素的影響，計算結果的精度并不好。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種測試乳液和液體彈珠穩定性的裝置和方法。