[论文解读] NANOEMULSION STABILITY ABOVE THE CRITICAL MICELLE CONCENTRATION: A CONTEST BETWEEN SOLUBILIZATION, FLOCCULATION AND KRAFFT PRECIPITATION

Kareem Rahn-Chique, Oriana Barrientos+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2017

Surfactants and Colloidal Systems参考文献 38被引用 5

一句话总结

本研究通过十二烷/水纳米乳液（以十二烷基硫酸钠（SDS）稳定）研究了临界胶束浓度（CMC）以上胶束增溶、絮凝与克劳夫特沉淀之间的竞争效应。在7.5 mM SDS条件下，吸光度变化显示，增溶降低浊度，而絮凝与克劳夫特沉淀则使其升高；盐浓度调节克劳夫特点，改变主导不稳定性机制，模拟结果支持胶束增溶在稳定系统中的作用。

ABSTRACT

The relative importance of micelle solubilization and Krafft temperature on the appraisal of the flocculation rate is studied using a dodecane-in-water nanoemulsion as a model system. In 0.5 mM solutions of sodium dodecylsulfate (SDS), neither the critical micelle concentration (CMC) nor the Krafft point of the surfactant are attained between 300 and 700 mM NaCl and 20 < T < 25 °C. Hence, the addition of salt to a SDS-stabilized nanoemulsion only induces aggregation. Conversely, a surfactant concentration of 7.5 mM SDS promotes micelle solubilization or crystal precipitation depending on the physicochemical conditions. Solubilization decreases the absorbance of the system while flocculation and Krafft precipitation increase it. In this paper, the actual variation of the absorbance above the CMC was followed during five minutes for 300, 500 and 700 mM NaCl. The initial 60-second changes were used to determine apparent aggregation rates. The solubilization capacity of the systems was appraised using plots of absorbance vs. volume fraction of oil for different salt concentrations and observation times. The variation of the Krafft point as a function of the salt concentration was also studied using surfactant solutions and emulsions. Finally, small-scale simulations accounting for micelle solubilization were implemented in order to advance in the comprehension of the problem.

研究动机与目标

• 理解CMC以上纳米乳液中增溶、絮凝与克劳夫特沉淀之间的相互作用。
• 确定盐浓度如何影响这三种机制在SDS稳定的十二烷/水纳米乳液中失稳的相对主导性。
• 通过不同离子强度和温度下吸光度随时间的变化，量化表观聚集速率。
• 绘制克劳夫特点随盐浓度在表面活性剂溶液和乳液中的变化规律。
• 开发小尺度模拟，考虑胶束增溶作用，以增进对体系机理的理解。

提出的方法

• 在0.5 mM和7.5 mM SDS浓度下，对十二烷/水纳米乳液进行实验，覆盖300、500和700 mM NaCl的盐浓度范围。
• 通过五 分钟内监测吸光度以确定表观聚集速率，初始60秒的变化用于动力学分析。
• 通过在不同盐浓度和时间点下绘制吸光度与油相体积分数的关系图，评估增溶能力。
• 通过纯表面活性剂溶液和乳液两种方式，测量克劳夫特点随盐浓度的变化。
• 实施小尺度模拟，以模拟胶束增溶及其对体系稳定性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 增加盐浓度如何影响CMC以上SDS稳定纳米乳液中增溶、絮凝与克劳夫特沉淀的相对主导性？
• RQ2 表面活性剂浓度（0.5 mM与7.5 mM）在调节增溶与聚集机制平衡中起什么作用？
• RQ3 在本体溶液和乳化体系中，SDS的克劳夫特点如何随离子强度增加而变化？
• RQ4 吸光度变化在多大程度上真实反映聚集行为？如何利用其区分增溶与絮凝？
• RQ5 小尺度模拟能否有效捕捉胶束增溶对纳米乳液稳定性的影响？

主要发现

• 在0.5 mM SDS条件下，测试的盐浓度与温度范围（20–25 °C）内未达到CMC或克劳夫特点，导致加盐后仅发生纯絮凝。
• 在7.5 mM SDS条件下，胶束增溶降低系统吸光度，而絮凝与克劳夫特沉淀则使其升高，表明存在光学响应的竞争。
• 初始60秒的吸光度变化可用于量化表观聚集速率，其值随盐浓度和温度而变化。
• SDS的克劳夫特点随盐浓度增加而升高，表明高离子强度环境下对结晶的稳定性增强。
• 通过吸光度与油相体积分数的关系图确认了增溶能力，显示在高表面活性剂浓度下，油载荷增加时浊度降低。
• 模拟结果支持胶束增溶在延缓或减少聚集方面的作用，凸显其在CMC以上对体系的稳定效应。