微通道中多相乳液动态界面张力测算方法与流程

1.本发明属于多相乳液动态界面张力测量技术领域，尤其涉及一种微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，具体地说涉及一种由多相乳液的结构出发，通过对于模拟结构与扫描电镜图像核高速显微摄像得到的实验照片，反推动态界面张力的方法。


背景技术：

2.多相乳液是包裹着一个或者多个微液滴的液滴悬浮在一个连续相中。由于多相乳液能够同时包含多种活性物质及其多样化的结构，在物质的可控释放、物质分离、食品、化妆品、药物控缓释和增加生物相溶性等诸多方面也有大量应用：专利cn111763292a公开了一种雪人状janus颗粒及其制备方法，得到的产品强度和韧性高，耐油、耐化学品性能好。专利cn110639444a公开了一种基于微流控技术制备芳香植物油微胶囊的方法，可以通过ph响应实现突释，对芳香植物油微胶囊产品的高效封装，可控结构，可控释放有着重要的意义。
3.多相乳液的制备方法有两步乳液乳化法和膜乳化法，但是两种方法仍然存在分布粒径较宽，可控性差与制作过程较为复杂的缺点。微流控技术拥有单分散性良好，高度可控，且操作简易等优点，弥补了传统方法的不足，因此成为了制备多相乳液的重要方法。
4.微流控制备乳液的过程中，我们通常加入表面活性剂起到降低界面张力作用使得乳液能够稳定制备，但是表面活性剂的加入同时会带来动态吸附效应。动态吸附效应指的是在乳液生成以及流动过程，不断有新的界面产生，表面活性剂会向新界面富集，使得在这个过程中的界面张力并不是一个固定的值，是一个不断变化的动态值。而这种吸附过程的快慢主要取决于表面活性剂的性质、浓度、扩散系数、胶束解离动力学等。
5.现阶段对于动态界面张力的研究中，研究者利用玻璃毛细管研究液滴生成过程的动态界面张力，主要方法包括液滴体积法、最大气泡压力法、液滴长大法，但是这些方法的液滴生成时间较长，且毛细管管口直径很大，不适用于微通道中。近年来，有许多学者研究了微通道中动态吸附过程，wang等通过测量液滴的分散尺寸[wang k，lu y c，xu j h，et a1.langmuir，2009，25(4)：2153
‑
2158]对表面活性剂的吸附动力学进行了研究。研究指出，在微分散过程中，液滴的生成时间均在毫秒级，通过液滴分散尺寸来研究表面活性剂的动态效应只在高浓度表面活性剂存在的情况下较准确，对微量的浓度变化并不敏感，同时液滴尺寸的变化只发生在液滴形成过程，液滴形成后在流动过程中尺寸不变，但乳液的界面张力依然在动态变化，同时尺寸测量法无法对多相乳液的结构变化进行测定，因此亟需开发新的手段用以确定多相乳液流动过程中的动态界面张力。
[0006]
结构变化是多相乳液的重要特征，有多位研究者对乳液的结构进行了研究与调控，zarzar等就利用两种表面活性剂对不同界面降低张力效能的不同，通过调节两种表面活性剂的浓度，巧妙地实现了双乳液的结构调控[zarzar l d，sresht v，sletten e m，et a1.nature，2015，518(7540)：520
‑
524]。friberg等使用几何分析方法来预测janus形态，基于几何形状得到三相的接触角、界面张力以及流量比之间的关系[hasinovic h，s e friberg，i kovach，et a1.jdisper sci technol，2013.34(12)：1683
‑
1689]。但现有的研
究中，对于多相乳液结构的研究主要集中在表面活性剂吸附平衡后，对于表面活性剂在多相乳液生成过程的动态吸附过程鲜有研究。


技术实现要素：

[0007]
考虑到多相乳液由于其结构特性常被用在生物医药、日用护肤、新材料制备等方面。在用微流控制备多相乳液时添加的表面活性剂会带来动态吸附效应。现有对动态吸附的研究鉴于方法的局限性只集中在两相乳液的形成阶段，对多相乳液，以及乳液在通道流动过程中的变化无法研究。本发明提出一种根据多相乳液结构变化推测乳液动态界面张力的一种新方法，该方法针对任何三相互不相溶的液体在微通道中形成多乳液的过程具有普适性。
[0008]
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，结合了表面活性剂吸附平衡下的结构变化规律与表面活性剂的动态吸附效应，提出了一个根据瞬时乳液结构的变化，推导瞬时的动态界面张力的方法。为了测量由于表面活性剂的动态吸附效应导致的动态界面张力值，我们以乳液结构作为研究对象，通过对比matlab得到的乳液模拟图像与高速摄像显微照片和扫描电镜得到的乳液实验图像，得到微通道中多相乳液的动态界面张力。
[0009]
本发明具体采用以下技术方案：
[0010]
一种微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：通过对比乳液模拟图像与高速摄像显微照片和扫描电镜得到的乳液实验图像，得到微通道中多相乳液的动态界面张力。
[0011]
优选地，包括以下步骤：
[0012]
步骤s1：选择三种互不相溶的液体分别作为：内相、中间相和外相，其中内相与中间相均为分散相，外相为连续相；配置含有不同表面活性剂浓度的连续相，分别测量三相乳液中两两相间的平衡界面张力；
[0013]
步骤s2：根据界面张力，计算不同浓度表面活性剂溶液为连续相时与其余两相的铺展系数s
i
；并判断乳液的构型，以确定采用的表面活性剂种类及浓度；
[0014]
步骤s3：将三种液体分别通入微通道中，流体流动的过程中，分散相在通道中被连续相剪切成乳液，在连续相中加入表面活性剂以稳定制备三相乳液；
[0015]
步骤s4：采用高速显微摄像拍摄微通道中三相乳液的结构变化动态照片，紫外光照射乳液流动过程使得乳液的一个分散相自聚合，得到瞬时的结构，并拍摄扫描电镜；
[0016]
步骤s5：根据几何结构分析，制作不同三相乳液结构的模拟图像；
[0017]
步骤s6：利用试差法，对比模拟图像与扫描电镜照片、高速显微摄像拍摄的实验值，确定与三相乳液结构对应的动态界面张力。
[0018]
优选地，还包括，步骤s7：分析三相乳液在微通道流动过程中的多张动态照片，得到乳液随着时间变化的动态界面张力。
[0019]
优选地，所述微通道包括同轴度的相对偏差不超过5％的三级通道，通道的毛细管管口直径为50～1000μm。
[0020]
优选地，在步骤s3中，通过将三种互不相溶的液体使用注射泵平稳推入通道获得三相乳液，其中内相推入第一级通道，中间相推入第二级通道，外相推入第三级通道。
[0021]
优选地，步骤s1中的平衡界面张力由悬滴法、挂环法、毛细升高法和最大气泡法中的一种测量获得。
[0022]
优选地，在步骤s2中，采用的三种互不相溶的液体的铺展系数关系需要满足能够形成由核壳型，即：s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0，向janus型，即：s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0，转变的乳液的要求。
[0023]
优选地，在步骤s2中，根据铺展系数的关系判断所选择的乳液体系是否满足要求，如果不满足，则改变其表面活性剂种类及浓度，直至达到要求：通过调控表面活性剂的种类和浓度使给定的三种互不相溶液体满足条件；所述铺展系数的测定公式为：s
i
＝γ
jk
‑
(γ
ij
γ
ik
)，其中γ
jk
、γ
ij
、γ
ik
为三相乳液体系两两相间的界面张力，i、j、k分别表示三相乳液中的内相、中间相、外相；通过界面张力依据公式计算每一相的铺展系数，得到s
i
、s
j
、s
k
，当s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0时，乳液结构为核壳型，当s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0时，乳液为janus型。本方案适用于任意三相体系，只需要当使用不同表面活性剂溶液为外相时，满足铺展系数计算后可以判定乳液由核壳型转向janus型。
[0024]
优选地，所述内相采用聚酯类物质tpgda、etpta、pegda中的一种，以便进行紫外光固化，方便后续实验表征；所述表面活性剂为：sds(十二烷基磺酸钠)、甘油酯、span80(失水山梨醇油酸酯)、tx
‑
100(辛基苯基聚氧乙烯醚)、tween20、tween40、ctab(十二烷基三甲基溴化铵)、capstone fs
‑
30、道康宁749中的一种；表面活性剂浓度为1
×
10
‑7mol
·
l
‑1到1mol
·
l
‑1；连续相可以采用水也可以是油。
[0025]
优选地，在步骤s4中，拍摄乳液的生成至滴落，滴落至乳液结构变化完全每个阶段的高速摄像显微照片；用紫外光对乳液进行固化，从通道末端接出固化后得乳液，拍摄乳液固化后的sem图像；乳液的生成过程用高速显微摄像记录，乳液流动与结构改变的时间由高速摄像显微相关的软件记录。
[0026]
在步骤s5中，通过对乳液结构的几何分析，得到几何形状与三相接触角、界面张力和流量比间的关系，并采用matlab程序计算得到matlab模拟图像。关于乳液几何结构以及界面张力的分析有如下公式：
[0027][0028][0029][0030]
α β δ＝180
°
[0031]
μ
‑
η
‑
β＝0
[0032]
η
‑
ε
‑
δ＝0
[0033]
r1sinμ＝r2sinη＝r3sinε
[0034][0035]
其中α、β、δ是三相的接触角，μ、η、ε是几何图形中的角度，没有特别含义，γ
w
表示分散相中的中间相与连续相间的界面张力，γ
e
表示分散相中的内相与连续相间的界面张
力，γ
ew
表示两个分散相间的界面张力，r1表示在图1的几何结构分析中，内相部分(较小的圆)对应的圆的半径，r2表示在图1的几何结构分析中，中间相部分(较大的圆)对应的圆的半径，r3表示内相与中间相在形成janus构型时的界面对应的圆的半径，q1表示分散相中的内相流量(单位μl/min)，q2表示分散相中中间相的流量(单位μl/min)，q代表两个分散相的流量比，其几何分析如说明书附图1所示。
[0036]
在步骤s6中，根据扫描电镜拍摄的图片、matlab模拟图片以及高速显微摄像照片，判断matlab模拟图像与扫描电镜图片以及高速显微摄像的乳液照片的适配性，以试差的方式得出乳液的界面张力。以高速摄像抓拍乳液变化瞬间的不同构型，对比matlab模拟得到每个瞬间多相乳液的动态界面张力得到每个瞬间多相乳液的动态界面张力。
[0037]
与现有技术相比，本发明及其优选方案具有以下优势：
[0038]
1.现有的微通道中乳液动态界面张力的测量方法主要是根据液滴的大小以及生成频率等来进行预测，首先液滴大小等特征并不直观，需要辅助一些测量方法，而本发明根据乳液的结构来直接进行预测的方法是非常直观的，可以通过观察乳液的瞬时结构变化推导出瞬时的界面张力；
[0039]
2.现有的对于乳液的动态界面张力的测量方法都主要集中在两相乳液上，很少针对三相乳液提出的，本方法可以很好地预测更为复杂的三相乳液两两相间的界面张力，对于现有的研究是一种突破；
[0040]
3.对于已有的研究，主要针对的是两相乳液液滴生成过程，他们选用的方法无法应用在低浓度下，或多相乳液体系，或乳液液滴流动过程中动态界面张力的测定。本方法则可以实现高浓度与低浓度下多相乳液生成及流动过程乳液动态界面张力的测定，从而研究全通道过程中表面活性剂的动态吸附效应，相对以往的表面活性剂动态吸附的研究是一种突破。
附图说明
[0041]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
[0042]
图1为本发明实施例乳液结构几何分析示意图；
[0043]
图2为本发明实施例微通道结构示意图；
[0044]
图3为本发明实施例多相乳液流动过程高速显微摄像照片与乳液固化后的sem图像对比示意图；
[0045]
图4为本发明实施例乳液高速显微摄像图片与matlab模拟图片对比示意图；
[0046]
图5为本发明实施例动态界面张力测量值示意图。
具体实施方式
[0047]
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举4个实施例，作详细说明如下：
[0048]
实施例1
[0049]
(1)制作一个内相通道管口直径为50μm，中间相管口直径为200μm，外相管口直径为750μm的微通道，通道示意图如图2。
[0050]
(2)选择内相为etpta，中间相为二甲基硅油，外相为0.0347mol/l的sds的水溶液，内相与中间相都是分散相，使用注射泵平稳推入微通道中，内相通入通道的第一级，中间相
通入通道的第二级，连续相通入第三级，通道从左至右的毛细管分别为其一、二、三级通道，其示意图如图2所示。调整流速为内相5～50μl/min，中间相流速10～100μl/min，外相流速100～1000μl/min，稳定制备乳液。
[0051]
(3)测量sds浓度为6.935
×
10
‑7～6.935
×
10
‑1mol/l的水溶液与二甲基硅油、etpta，etpta与二甲基硅油的界面张力值。
[0052]
(4)根据铺展系数计算公式计算每相的铺展系数，如表1所示，在低浓度6.935
×
10
‑7mol/l时，其铺展系数为s
i
＝28.56、s
j
＝
‑
42.68、s
k
＝
‑
47.91，符合s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0，乳液属于核壳型结构，在高浓度0.0347mol/l时，其铺展系数为s
i
＝
‑
0.02、s
j
＝
‑
14.1、s
k
＝
‑
11.74，符合s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0，在此浓度下乳液属于janus构型，本体系中乳液结构会随着表面活性剂的浓度升高而变化。
[0053]
表1铺展系数计算值与乳液结构判定
[0054][0055]
(5)拍摄乳液的生成至滴落，滴落至乳液结构变化完全每个阶段的高速摄像显微照片。用紫外光对乳液进行固化，从通道末端接出固化后得乳液，拍摄乳液固化后的sem图像，液滴流动过程中乳液结构变化照片与sem照片如图3所示。
[0056]
(6)根据静态界面张力值模拟matlab图像，当乳液由核壳型变化为janus型的每个瞬间，我们认为每个瞬间非稳定状态下的janus结构都有对应的平衡状态下的janus结构与之对应，因此，每个非稳定状态下的janus结构都有相对应的界面张力关系，这个界面张力还未达到乳液在实验中与sds溶液达到表面活性剂吸附平衡状态下的平衡界面张力，因此借助matlab程序模拟，根据图一中的几何结构图编写matlab程序，通过步骤(4)中测量的静态界面张力值，根据铺展系数关系推导出发生结构变化临界点的界面张力值，在matlab程序中输入临界值后的界面张力，将matlab模拟出的图像结合拍摄的乳液高速摄像照片，如图4，对比相似的乳液构型，再结合sem图像，以试差的方式反推判断每个乳液结构变化瞬间的动态界面张力值得到结果，结果如图5所示。matlab程序代码如下所示。
[0057]
matlab程序
[0058]
clear；
[0059]
clc；
[0060]
format long
[0061]
digits(8)
[0062]
0＝[11.27，5.76，7.06]；％[interfacial tension
[0063]
between：etpta/paraffin，w/paraffin，etpta/w]
[0064]
q＝0.3；％[volume rati5o of water to etpta]
[0065]
a＝acos(0.5*(0(1)^2 0(3)^2
‑
0(2)^2)/(0(1)*0(3)))；
[0066]
b＝acos(0.5*(0(1)^2 o(2)^2
‑
o(3)^2)/(o(1)*0(2)))；
[0067]
c＝acos(0.5*(0(2)^2 o(3)^2
‑
o(1)^2)/(o(3)*o(2)))；
[0068]
j1＝a*180/3.14；
[0069]
j2＝b*180/3.14；
[0070]
j3＝c*180/3.14；
[0071]
x0＝[2，1.5，pi/4，pi/4，pi/4]；％initial value
[0072]
opt＝optimset(’maxfunevals’，10000，’maxiter’，10000)；
[0073]
[x1，fvl，efl，out1]＝fsolve(@exam314，x0，opt，q，c，b)；
[0074]
if ef1＝＝1
[0075]
h＝sin(x1(3)
‑
x1(4))/sin(x1(3))；
[0076]
[x，y，z]＝sphere(30)；
[0077]
x1＝x；
[0078]
y1＝y；
[0079]
z1＝z；
[0080]
h0＝cos(x1(4))；
[0081]
surf(x1，y1，z1，’facealpha’，1，’linestyle’，
’‑’
)；
[0082]
hold on
[0083]
x2＝x1(1)*x；
[0084]
y2＝x1(1)*y；
[0085]
z2＝x1(1)*z h；
[0086]
surf(x2，y2，z2，’facealpha’，1，’linestyle’，
’‑’
)；
[0087]
hold off
[0088]
h1＝sin(x1(4)
‑
x1(5))/sin(x1(5))；axis equal，axis off
[0089]
view(20，10)
[0090]
q
[0091]
angle＝[j1 j2 j3]％[the angle results of，and，]？？？？’＝180？？r＝[x1(1)
[0092]
1x1(2)]
[0093]
h＝[h 0
‑
h1]
[0094]
w＝abs(cos(acos((1 (
‑
h1)^2
‑
(x1(2))^2)/(2*abs(
‑
h1)))))
[0095]
colormap([00.70；100])
[0096]
caxis([w
‑
5w 5])
[0097]
else
[0098]
x0＝[1，1.5，pi/4，pi/4，
‑
pi/4]；
[0099]
[x2，fv2，ef2，out2]＝fsolve(@janus，x0，opt，q，c，b)；
[0100]
h＝sin(x2(3)
‑
x2(4))/sin(x2(3))；
[0101]
[x，y，z]＝sphere(30)；
[0102]
x1＝x；
[0103]
y1＝y；
[0104]
z1＝z；
[0105]
h0＝cos(x2(4))；
[0106]
surf(x1，y1，z1，’facealpha’，1，’linestyle’，
’‑’
)；
[0107]
hold on
[0108]
x2＝x2(1)*x；
[0109]
y2＝x2(1)*y；z2＝x2(1)*z h；
[0110]
surf(x2，y2，z2，’facealpha’，1，’linestyle’，
’‑’
)
[0111]
h1＝sin(x2(4)
‑
x2(5))/sin(x2(5))；
[0112]
hold off
[0113]
axis equal，axis off
[0114]
view(20，10)
[0115]
q
[0116]
angle＝[j1 j2 j3]
[0117]
r＝[x2(1)1x2(2)]
[0118]
h＝[h 0
‑
h1]
[0119]
w＝abs(cos(acos((1 (
‑
h1)^2
‑
(x2(2))^2)/(2*abs(
‑
h1)))))
[0120]
colormap([100；00.70])
[0121]
caxis([w
‑
5w 5])
[0122]
end
[0123]
具体地，本实施例对应的说明书附图图2为通道的组装图示，从左至右分别为第一级、第二级、第三级通道，其中第一级通道毛细管口直径约在50～100μm，在其中通入其中一个分散相，我们通常称之为内相。第二级通道毛细管口直径约在150～350μm，其中通入另一个分散相，通常称之中间相，连续相由第二级至第三级通道间的方管通入。
[0124]
表1为使用不同表面活性剂浓度的溶液为连续相时根据乳液界面张力计算得到的铺展系数。根据铺展系数可以判定选定体系是否可用，是本方法可否使用的指标。
[0125]
图3为微通道中多相乳液的流动过程中结构变化的高速显微摄像照片以及乳液分散相中可光固化部分遇紫外光自固化后的扫描电镜图像，其扫描电镜图像可以与高速显微摄像照片对应。
[0126]
图4为matlab模拟图像与高速显微摄像图片的对比，浅色部分代表的是分散相中的内相，深色部分指代分散相中的中间相，matlab的模拟图像可以与高速显微摄像图片进行一一对应。
[0127]
a)中对比得到γ
ac
＝13.25mn/m，γ
bc
＝6.21mn/m，γ
ab
＝7.06mn/m
[0128]
b)中对比得到γ
ac
＝11.27mn/m，γ
bc
＝5.76mn/m，γ
ab
＝7.06mn/m
[0129]
c)中对比得到γ
ac
＝10.56mn/m，γ
bc
＝5.4mn/m，γ
ab
＝7.06mn/m
[0130]
其中a代表分散相中的中间相二甲基硅油，b代表分散相中的内相etpta，c代表连续相sds水溶液γ表示两相间的界面张力关系。
[0131]
图5是根据本发明中的方法得到的实例1中的动态界面张力随时间变化的值。
[0132]
采用本方案我们可以获得在本规格微通道内etpta/二甲基硅油/0.0347mol/l sds水溶液两两相间的界面张力随时间的变化值。
[0133]
实施例2
[0134]
(1)制作一个内相通道管口直径为50μm，中间相管口直径为200μm，外相管口直径为750μm的微通道。
[0135]
(2)选择内相为tpgda，中间相为二甲基硅油，外相为0.06935mol/l的sds的水溶液，内相与中间相都是分散相，使用注射泵平稳推入微通道中，内相通入通道的第一级，中间相通入通道的第二级，连续相通入第三级，通道从左至右的毛细管分别为其一、二、三级通道，其示意图如图2所示。调整流速为内相5～50μl/min，中间相流速10～100μl/min，外相流速100～1000μl/min，稳定制备乳液。
[0136]
(3)测量sds浓度为6.935
×
10
‑7～6.935
×
10
‑1mol/l的水溶液与二甲基硅油、tpgda，以及tpgda与二甲基硅油的界面张力值。
[0137]
(4)根据铺展系数计算公式计算每相的铺展系数，如表1所示，认为在低浓度6.935
×
10
‑7mol/l时，其铺展系数为s
i
＝28.56、s
j
＝
‑
42.68、s
k
＝
‑
47.91，符合s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0，乳液属于核壳型结构，在高浓度0.06935mol/l时，其铺展系数为s
i
＝
‑
0.67、s
j
＝
‑
13.45、s
k
＝
‑
10.71，符合s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0，在此浓度下乳液属于janus构型，本体系中乳液结构会随着表面活性剂的浓度升高而变化。
[0138]
(5)拍摄乳液的生成至滴落，滴落至乳液结构变化完全每个阶段的高速摄像显微照片。用紫外光对乳液进行固化，从通道末端接出固化后得乳液，拍摄乳液固化后的sem图像。
[0139]
(6)根据静态界面张力值模拟matlab图像，当乳液由核壳型变化为janus型的每个瞬间，我们认为每个瞬间非稳定状态下的janus结构都有对应的平衡状态下的janus结构与之对应，因此，每个非稳定状态下的janus结构都有相对应的界面张力关系，这个界面张力还未达到乳液在实验中与sds溶液达到表面活性剂吸附平衡状态下的平衡界面张力，因此借助matlab程序模拟，根据图一中的几何结构图编写matlab程序，通过步骤(3)中测量的静态界面张力值，根据铺展系数关系推导出发生结构变化临界点的界面张力值，在matlab程序中输入临界值后的界面张力，将matlab模拟出的图像结合拍摄的乳液高速摄像照片与sem图像，对比相似的乳液构型，以试差的方式反推判断每个乳液结构变化瞬间的动态界面张力值。
[0140]
采用本方案我们可以获得在本规格微通道内tpgda/二甲基硅油/0.06935mol/l sds水溶液两两相间的界面张力随时间的变化值。
[0141]
实施例3
[0142]
(1)制作一个内相通道管口直径为50μm，中间相管口直径为200μm，外相管口直径为750μm的微通道。
[0143]
(2)选择内相为etpta，中间相为去离子水，外相为含有0.01mol/l的span的液体石蜡，内相与中间相都是分散相，使用注射泵平稳推入微通道中，内相通入通道的第一级，中间相通入通道的第二级，连续相通入第三级，通道从左至右的毛细管分别为其一、二、三级通道，其示意图如图2所示。调整流速为内相5～50μl/min，中间相流速10～100μl/min，外相流速100～1000μl/min，稳定制备乳液。
[0144]
(3)测量span80浓度为1
×
10
‑8～0.1mol/l的液体石蜡与去离子水、etpta，以及etpta与去离子水的界面张力值。
[0145]
(4)根据铺展系数计算公式计算每相的铺展系数，认为在低浓度1
×
10
‑8mol/l时，其铺展系数为s
i
＝30.2、s
j
＝
‑
37.54、s
k
＝
‑
35.78，符合s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0，乳液属于核壳型结构，在高浓度0.1mol/l时，其铺展系数为s
i
＝
‑
2.15、s
j
＝
‑
9.81、s
k
＝
‑
0.61，符合s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0，在此浓度下乳液属于janus构型，本体系中乳液结构会随着表面活性剂的浓度升高而变化。
[0146]
(5)拍摄乳液的生成至滴落，滴落至乳液结构变化完全每个阶段的高速摄像显微照片。用紫外光对乳液进行固化，从通道末端接出固化后得乳液，拍摄乳液固化后的sem图像。
[0147]
(6)根据静态界面张力值模拟matlab图像，当乳液由核壳型变化为janus型的每个瞬间，我们认为每个瞬间非稳定状态下的janus结构都有对应的平衡状态下的janus结构与之对应，因此，每个非稳定状态下的janus结构都有相对应的界面张力关系，这个界面张力还未达到乳液在实验中与sds溶液达到表面活性剂吸附平衡状态下的平衡界面张力，因此借助matlab程序模拟，根据图一中的几何结构图编写matlab程序，通过步骤(3)中测量的静态界面张力值，根据铺展系数关系推导出发生结构变化临界点的界面张力值，在matlab程序中输入临界值后的界面张力，将matlab模拟出的图像结合拍摄的乳液高速摄像照片与sem图像，对比相似的乳液构型，以试差的方式反推判断每个乳液结构变化瞬间的动态界面张力值。
[0148]
采用本方案我们可以获得在本规格微通道内etpta/去离子水/0.06935mol/l含span80的液体石蜡两两相间的界面张力随时间的变化值。
[0149]
实施例4
[0150]
(1)制作一个内相通道管口直径为50μm，中间相管口直径为200μm，外相管口直径为750μm的微通道。
[0151]
(2)选择内相为etpta，中间相为二甲基硅油，外相为0.1mol/l的tx
‑
100的水溶液，内相与中间相都是分散相，使用注射泵平稳推入微通道中，内相通入通道的第一级，中间相通入通道的第二级，连续相通入第三级，通道从左至右的毛细管分别为其一、二、三级通道，其示意图如图2所示。调整流速为内相5～50μl/min，中间相流速10～100μl/min，外相流速100～1000μl/min，稳定制备乳液。
[0152]
(3)测量tx
‑
100浓度为1
×
10
‑7～0.1mol/l的水溶液与二甲基硅油、etpta，以及etpta与二甲基硅油的界面张力值。
[0153]
(4)根据铺展系数计算公式计算每相的铺展系数，认为在低浓度1
×
10
‑8mol/l时，其铺展系数为s
i
＝25.32、s
j
＝
‑
37.27、s
k
＝
‑
43.50，符合s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0，乳液属于核壳型结构，在高浓度0.1mol/l时，其铺展系数为s
i
＝
‑
6.547、s
j
＝
‑
5.407、s
k
＝
‑
5.029，符合s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0，在此浓度下乳液属于janus构型，本体系中乳液结构会随着表面活性剂的浓度升高而变化。
[0154]
(5)拍摄乳液的生成至滴落，滴落至乳液结构变化完全每个阶段的高速摄像显微照片。用紫外光对乳液进行固化，从通道末端接出固化后得乳液，拍摄乳液固化后的sem图像。
[0155]
(5)根据静态界面张力值模拟matlab图像，当乳液由核壳型变化为janus型的每个瞬间，我们认为每个瞬间非稳定状态下的janus结构都有对应的平衡状态下的janus结构与之对应，因此，每个非稳定状态下的janus结构都有相对应的界面张力关系，这个界面张力还未达到乳液在实验中与sds溶液达到表面活性剂吸附平衡状态下的平衡界面张力，因此借助matlab程序模拟，根据图一中的几何结构图编写matlab程序，通过步骤(3)中测量的静态界面张力值，根据铺展系数关系推导出发生结构变化临界点的界面张力值，在matlab程序中输入临界值后的界面张力，将matlab模拟出的图像结合拍摄的乳液高速摄像照片与sem图像，对比相似的乳液构型，以试差的方式反推判断每个乳液结构变化瞬间的动态界面张力值。
[0156]
采用本方案我们可以获得在本规格微通道内二甲基硅油/etpta/0.1mol/ltx
‑
100水溶液两两相间的界面张力随时间的变化值。
[0157]
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

技术特征：
1.一种微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：通过对比乳液模拟图像与高速摄像显微照片和扫描电镜得到的乳液实验图像，得到微通道中多相乳液的动态界面张力。2.根据权利要求1所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤s1：选择三种互不相溶的液体分别作为：内相、中间相和外相，其中内相与中间相均为分散相，外相为连续相；配置含有不同表面活性剂浓度的连续相，分别测量三相乳液中两两相间的平衡界面张力；步骤s2：根据界面张力，计算不同浓度表面活性剂溶液为连续相时与其余两相的铺展系数s
i
；并判断乳液的构型，以确定采用的表面活性剂种类及浓度；步骤s3：将三种液体分别通入微通道中，流体流动的过程中，分散相在通道中被连续相剪切成乳液，在连续相中加入表面活性剂以稳定制备三相乳液；步骤s4：采用高速显微摄像拍摄微通道中三相乳液的结构变化动态照片，紫外光照射乳液流动过程使得乳液的一个分散相自聚合，得到瞬时的结构，并拍摄扫描电镜；步骤s5：根据几何结构分析，制作不同三相乳液结构的模拟图像；步骤s6：利用试差法，对比模拟图像与扫描电镜照片、高速显微摄像拍摄的实验值，确定与三相乳液结构对应的动态界面张力。3.根据权利要求2所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：还包括，步骤s7：分析三相乳液在微通道流动过程中的多张动态照片，得到乳液随着时间变化的动态界面张力。4.根据权利要求2所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：所述微通道包括同轴度的相对偏差不超过5％的三级通道，通道的毛细管管口直径为50～1000μm。5.根据权利要求2所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：在步骤s3中，通过将三种互不相溶的液体使用注射泵平稳推入通道获得三相乳液，其中内相推入第一级通道，中间相推入第二级通道，外相推入第三级通道。6.根据权利要求2所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：步骤s1中的平衡界面张力由悬滴法、挂环法、毛细升高法和最大气泡法中的一种测量获得。7.根据权利要求2所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：在步骤s2中，采用的三种互不相溶的液体的铺展系数关系需要满足能够形成由核壳型，即：s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0，向janus型，即：s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0，转变的乳液的要求。8.根据权利要求7所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：在步骤s2中，根据铺展系数的关系判断所选择的乳液体系是否满足要求，如果不满足，则改变其表面活性剂种类及浓度，直至达到要求：通过调控表面活性剂的种类和浓度使给定的三种互不相溶液体满足条件；所述铺展系数的测定公式为：s
i
＝γ
jk
‑
(γ
ij
γ
ik
)，其中γ
jk
、γ
ij
、γ
ik
为三相乳液体系两两相间的界面张力，i、j、k分别表示三相乳液中的内相、中间相、外相；通过界面张力依据公式计算每一相的铺展系数，得到s
i
、s
j
、s
k
，当s
i
＞0、s
j
＜0、s
k
＜0时，乳液结构为核壳型，当s
i
＜0、s
j
＜0、s
k
＜0时，乳液为janus型。9.根据权利要求2所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：所述
内相采用tpgda、etpta、pegda中的一种；所述表面活性剂为：十二烷基磺酸钠、甘油酯、失水山梨醇油酸酯、辛基苯基聚氧乙烯醚、tween20、tween40、十二烷基三甲基溴化铵、capstone fs
‑
30、道康宁749中的一种；表面活性剂浓度为1
×
10
‑7mol
·
l
‑1到1mol
·
l
‑1。10.根据权利要求2所述的微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，其特征在于：在步骤s4中，拍摄乳液的生成至滴落，滴落至乳液结构变化完全每个阶段的高速摄像显微照片；用紫外光对乳液进行固化，从通道末端接出固化后得乳液，拍摄乳液固化后的sem图像；在步骤s5中，通过对乳液结构的几何分析，得到几何形状与三相接触角、界面张力和流量比间的关系，并采用matlab程序计算得到matlab模拟图像。
技术总结
本发明提出一种微通道中多相乳液动态界面张力测算方法，结合了表面活性剂吸附平衡下的结构变化规律与表面活性剂的动态吸附效应，提出了一个根据瞬时乳液结构的变化，推导瞬时的动态界面张力的方法。为了测量由于表面活性剂的动态吸附效应导致的动态界面张力值，以乳液结构作为研究对象，通过对比乳液模拟图像与高速摄像显微照片和扫描电镜得到的乳液实验图像，得到微通道中多相乳液的动态界面张力。得到微通道中多相乳液的动态界面张力。得到微通道中多相乳液的动态界面张力。


技术研发人员：邱挺 郑琳 葛雪惠 王晓达 叶长燊 王红星 李玲 黄智贤 杨臣 王清莲 陈杰
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2021.03.26
技术公布日：2021/6/29