制備個(gè)人護(hù)理應(yīng)用方面的噴霧產(chǎn)品對(duì)于配方師來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。產(chǎn)品要求在霧化容易的同時(shí)，最佳尺寸范圍的乳化液滴要確保足夠數(shù)量在目標(biāo)區(qū)域上的沉積，但也需避免形成小液滴(小于100μM)來(lái)減小噴射漂移。后者對(duì)使用者來(lái)說(shuō)也是一種潛在的危險(xiǎn)(小液滴可能會(huì)導(dǎo)致吸入口中)，也可能造成噴射產(chǎn)品的效能降低。

為了滿(mǎn)足以上的需求，噴射乳液的配方必須保證符合以下的標(biāo)準(zhǔn):1.最合適的液滴尺寸分布，確保在目標(biāo)區(qū)域上的最大沉積和附著，而且無(wú)漂移現(xiàn)象;2.在目標(biāo)區(qū)域表面的良好涂布性和膚感。以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求表面活性劑在氣/液界面迅速吸附(降低動(dòng)力學(xué)表面張力)。然而，這個(gè)表面張力不能低于臨界值，從而可以防止乳化液滴尺寸過(guò)小而產(chǎn)生漂移。

噴霧液滴的形成原理

在噴射過(guò)程中，液體被壓經(jīng)噴嘴，并在靜力學(xué)壓力下形成液滴。高于某個(gè)靜力學(xué)壓力值，液體通過(guò)噴嘴形成連續(xù)噴射，而后分散成小液滴。這個(gè)連續(xù)噴射，而后分散成小液滴的過(guò)程是受到表面壓力的結(jié)果。球形的表面積和它的表面自由能(表面積×表面張力)小于其他對(duì)稱(chēng)體。因此，少量的其它形狀的液滴將會(huì)形成更小的球形液滴。

動(dòng)態(tài)表面張力與粒徑的關(guān)系

表面活性劑和聚合物對(duì)于噴霧液滴尺寸分布的影響，在于他們對(duì)于表面張力的影響，表面張力一定程度上推動(dòng)著霧化的產(chǎn)生。因?yàn)楸砻婊钚詣┙档土怂谋砻鎻埩?，?huì)形成粒徑更小的液滴。配方中含表面活性劑，幫助降低表面張力，其霧化所需要的能量比不含表面活性劑的產(chǎn)品要少。因此，同樣的能量輸入，會(huì)得到更小尺寸的液滴。然而，實(shí)際情況并不是這樣簡(jiǎn)單。在霧化的過(guò)程中，會(huì)不斷形成新液體的表面。這種溶液的表面張力，依賴(lài)于形成新界面的時(shí)間與表面活性劑從溶液內(nèi)部遷移到氣/液表面的吸附速度和擴(kuò)散速度。如果形成新界面的時(shí)間比表面活性劑擴(kuò)散和吸附的速度快，那么噴霧液體的表面張力不會(huì)比純水大很多，會(huì)形成大尺寸液滴。相反，如果形成新界面的時(shí)間比表面活性劑吸附的速度慢，那么噴霧液體的表面張力會(huì)進(jìn)一步降低，形成較小的液滴尺寸。

圖1顯示兩個(gè)不同表面活性劑體系A(chǔ)和B在不同吸附速度下，隨時(shí)間t而變化的表面張力γ，也可以叫作動(dòng)態(tài)表面張力。這些曲線(xiàn)可以通過(guò)使用KRüSS最大氣泡壓力法來(lái)測(cè)量。氣泡在表面活性劑溶液中以不同的頻率形成，控制氣泡形成的時(shí)間并且測(cè)量氣泡中所產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)，可以得到不同時(shí)間下的表面張力。在短時(shí)間內(nèi)，觀(guān)察到表面活性劑體系B比A的體系所帶來(lái)的表面張力更小。

許多體系的動(dòng)態(tài)表面張力和時(shí)間對(duì)數(shù)的曲線(xiàn)可分為4個(gè)階段：誘導(dǎo)區(qū)、表面張力快速下降區(qū)、介平衡區(qū)和平衡區(qū)。在誘導(dǎo)區(qū)，由于吸附在界面層上的助劑質(zhì)量濃度太低，溶液的表面張力較大；隨著助劑大量被吸附到溶液表面，表面張力急劇降低，就形成了快速下降區(qū)；而隨著溶液表面助劑分子的積累，吸附接近飽和時(shí)吸附速度變慢，就形成了介平衡區(qū)；足夠長(zhǎng)的時(shí)間后當(dāng)表面吸附達(dá)到飽和體系進(jìn)入動(dòng)態(tài)平衡階段表面張力達(dá)到平衡，此即為平衡表面張力。表面活性劑種類(lèi)和質(zhì)量濃度不同，其溶液體系達(dá)到上述各階段所需時(shí)間不同，表現(xiàn)為各溶液體系間動(dòng)態(tài)表面活性的差異。

從線(xiàn)性相關(guān)性關(guān)系的角度上來(lái)說(shuō)，時(shí)間指標(biāo)越小，動(dòng)態(tài)表面張力與霧滴指標(biāo)之間的關(guān)系越傾向于線(xiàn)性狀態(tài)，可以通過(guò)測(cè)試表面活性劑體系的動(dòng)態(tài)表面張力來(lái)優(yōu)化霧滴尺寸和粒徑。傳統(tǒng)意義上采用靜態(tài)表面張力為指標(biāo)研究霧滴形成的方式并不合理，在有關(guān)噴霧的實(shí)踐工作過(guò)程當(dāng)中，選取動(dòng)態(tài)表面張力作為研究指標(biāo)有著更為顯著的優(yōu)勢(shì)。

圖2.動(dòng)態(tài)表面吸附曲線(xiàn)圖

動(dòng)態(tài)表面張力與粒徑關(guān)系的示例

圖3.不同表面活性劑溶液的動(dòng)態(tài)表面張力曲線(xiàn)

表1.不同表面活性劑溶液的粒徑分布

從圖3和表1示例曲線(xiàn)可以明顯看到，可以通過(guò)控制動(dòng)態(tài)表面張力來(lái)優(yōu)化霧滴的粒徑，張力在一定時(shí)間內(nèi)下降的越快，霧滴粒徑越細(xì)膩。為了避免霧滴尺寸過(guò)小而產(chǎn)生霧滴的漂移，可以將表面活性劑的張力調(diào)控在一定范圍。

在實(shí)際生產(chǎn)中，噴頭尺寸、噴霧壓力也是改變噴量、霧滴粒徑的重要手段之一。本文僅討論了動(dòng)態(tài)表面張力的改變對(duì)噴霧粒徑的影響，期望能為配方設(shè)計(jì)工作者提供合適的思路。