一种测试乳液和液体弹珠稳定性的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测试乳液（emulsion)和液体弹珠（liquid marble)稳定性的方 法，尤其涉及一种基于临界电压或基于临界频率饱和值来表征乳液和液体弹珠的稳定性的 装置和方法。
【背景技术】
[0002] 乳液和液体弹珠在工业上有极其广泛的应用。比如乳液是很多化妆品，食物，医药 品的重要组成成分。虽然液体弹珠是近十几年来才逐渐被发现和研究的，但其在化学反应、 液体运输和操控、功能材料制备等方面的重要应用价值已经使它们在生物、化学等领域开 始被广泛关注。在这些应用领域里，乳液和液体弹珠的稳定性决定了制造产品的质量、保质 期，因而显得极其关键。所以了解和表征乳液和液体弹珠的稳定性对产品的初期设计或者 方法实施非常重要。
[0003] 乳液和液体弹珠的稳定性主要体现在是否容易发生"聚并"（coalesce)现象。
[0004] 众所周知，乳液是一种液体以液滴形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形 成的分散体系。例如水以小液滴的形式分散在油中（即油包水结构），或油以小液滴的形式 分散在水中（即水包油结构）。另外，要形成稳定的乳液，除了两种不混溶的液体外，还必须 加入第三种物质一表面活性剂。这是因为，由于水一油界面张力的缘故，小液滴之间会相互 聚并，最终形成水-油分层的结果。而表面活性剂的加入可以降低水一油界面张力，从而阻 止小液滴之间的聚并，从而形成稳定的乳液。然而，这种稳定并非绝对的稳定，随着时间的 推移，乳液中分散的小液滴总是趋向于相互聚并。
[0005] 液体弹珠是一种被高疏水性颗粒包裹形成的不润湿的液滴，可以稳定地静置于固 体及液体表面。同样的，这种稳定也是相对的，多个液体弹珠在一定条件下也会发生聚并现 象。
[0006] 因此，在乳液和液体弹珠的设计初期以及得到产品后，都需要对它们的稳定性进 行表征和测量。
[0007]目前测量乳液的稳定性的方法主要是通过光学显微镜成像、光散射、电脉冲、超声 等技术来检测液滴大小和数量随时间的变化。然后再由液滴大小和数量的变化快慢程度来 衡量该种乳液的稳定性。例如某种乳液如果在长时间内能维持在原来的大小和数量，不怎 么会聚并成大液滴，说明其非常稳定。反之，说明乳液不是很稳定。
[0008] 这种方法的主要的缺点是完成这个过程需要的周期长、成本高。例如，假设某种化 妆品要求有三年的保质期，使用该种方法则需要在差不多三年左右的时间段里对化妆品里 面的乳液成分进行大小和数量的检测，从而确保其稳定性达到保质期的要求。
[0009] 人们有时候会通过离心、搅拌、加热等方式来加速这种方法测量的过程。但是这些 加速测量的方法有很多局限性，并且缺乏一些基本的科学依据。例如通过离心的方法测量 乳液稳定性要求组成乳液不相溶的两相流体有较大的密度差。但是在实际的乳液中，两相 的密度很多时候是很接近的，从而导致用离心的方法来测量会有较大的误差。
[0010] 目前测量液体弹珠稳定性主要是通过挤压、碰撞的方法使液体弹珠破掉，然后根 据它被挤破所需要的临界压强值来衡量该种液体弹珠的稳定性。如果一种液体弹珠能够承 受挤压和碰撞的压强越大，那么它们也就越稳定。
[0011] 这种方法中，挤压、碰撞的方式对技术和仪器要求很高，而且得到的结果精度差。 比如在液体弹珠碰撞的实验中，要求两颗液体弹珠以一定的速度很精确地碰撞在一起，考 虑到液滴弹珠的大小一般是几百微米到一两毫米，这对实验技术精度和实施方法要求很 高。其次，在测量过程中一般需要高速摄像机来拍摄液滴的形态变化，从而导致实施成本很 高。同时用这些方法测量的液体弹珠稳定性忽略了重力、液体的粘度等因素的影响，计算结 果的精度并不好。
【发明内容】
[0012] 因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种测试乳液和液体弹 珠稳定性的装置和方法。
[0013] 本发明提供了一种测试乳液稳定性的方法，所述乳液包括油相材料、水相材料以 及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述方法包括：
[0014] 1)、在所述油相材料中形成由所述水相材料构成的第一液滴和第二液滴，并使所 述第一液滴和所述第二液滴相互接触而不聚并；
[0015] 2)、该步骤选自如下步骤a)和b)之一：
[0016] a)、在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一直流电压，并使所述直流电压逐 渐增加，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的直流电压的值为临界电压 值，用于表征所述乳液的稳定性；
[0017] b)、i)在所述第一液滴与所述第二液滴之间施加一交流电压，使所述交流电压的 幅值固定，并逐渐降低频率，直到所述第一液滴和所述第二液滴聚并，此时所对应的频率值 为对应于该幅值的临界频率值；
[0018] ii)逐步增加所述交流电压的幅值，并在每个幅值下重复上述步骤i)得到与其对 应的临界频率值，直到临界频率值收敛于一临界频率饱和值），所述临界频率饱和值表征所 述乳液的稳定性。
[0019] 根据本发明提供的方法，其中所述第一液滴和第二液滴的直径为1-2毫米。
[0020] 根据本发明提供的方法，其中所述第一液滴和第二液滴分别通过具有针头的注射 器而形成在所述针头的尖端处。
[0021] 根据本发明提供的方法，其中所述直流电压或所述交流电压是通过所述针头施加 到所述第一液滴和第二液滴之间的。
[0022] 本发明还提供了一种用于测试乳液稳定性的装置，所述乳液包括油相材料、水相 材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油相材料中，所述装置 包括：
[0023] 容器，用于容纳所述油相材料和所述表面活性剂，其侧壁上具有多个通孔；
[0024] 第一针头和第二针头，分别通过所述容器上的所述通孔伸入所述容器中，所述第 一针头和第二针头可相对移动，以使彼此的尖端相互远离或靠近；
[0025] 第一注射器和第二注射器，分别连接到所述第一针头和第二针头，用于向所述第 一针头和所述第二针头中送入所述水相材料，以在所述第一针头和所述第二针头的尖端处 分别形成第一液滴和第二液滴；
[0026] 电源，其正负极分别连接到所述第一针头和第二针头，用于向所述第一液滴和第 二液滴施加直流电压或交流电压。
[0027] 根据本发明提供的装置，其中所述针头由导电材料制成。
[0028] 本发明还提供了一种测量乳液中的表面活性剂的临界胶束浓度的方法，所述乳液 包括油相材料、水相材料以及表面活性剂，其中所述水相材料以液滴的形式分散在所述油 相材料中，所述方法包括：
[0029] 配制多份乳液，使其中的表面活性剂的浓度依次增大；
[0030] 利用上述方法，对所述表面活性剂浓度依次增大的多份乳液依次得到临界电压值 或临界频率饱和值，直到临界电压值开始收敛或者直到临界频率饱和值开始收敛，这时的 表面活性剂浓度值即为临界胶束浓度；
[0031] 得到临界电压值随着表面活性剂浓度的增加而开始收敛时所对应的表面活性剂 浓度值，或者得到临界频率饱和值随着表面活性剂浓度的增加而开始收敛时所对应的表面 活性剂浓度值，这时得到的表面活性剂浓度值即为临界胶束浓度。
[0032] 本发明还提供了一种测试液体弹珠的稳定性的方法，包括：
[0033] 1)、提供第一液体弹珠和第二液体弹珠，并使所述第一液体弹珠和第二液体弹珠 相互接触而不聚并；
[0034] 2)、该步骤选自如下步骤a)和b)之一：
[0035] a)、在所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间施加一直流电压，并使所述直流电 压逐渐增加，直到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠聚并，此时所对应的直流电压的值为 临界电压值，用于表征所述第一液体弹珠和第二液体弹珠的稳定性；
[0036] b)、i)在所述第一液体弹珠和第二液体弹珠之间施加一交流电压，使所述交流电 压的幅值固定，并逐渐降低频率，直到所述第一液体弹珠和第二液体弹珠聚并，此时所对应 的频率值为对应于该幅值的临界频率值；
[0037] ii)逐步增加所述交流电压的幅值，并在每个幅值下重复上述步骤i)得到与其对 应的临界频率值，直到临界频率值收敛于一临界频率饱和值），所述临界频率饱和值表征所 述第一液体弹珠和第二液体弹珠的稳定性。
[0038] 根据本发明提供的方法，其中所述直流电压或所述交