制備(bei)個(ge)人護理(li)應(ying)用方面的(de)(de)(de)噴霧產品(pin)對于配方師來(lai)說是個(ge)很大的(de)(de)(de)挑戰(zhan)。產品(pin)要求(qiu)在(zai)霧化容易的(de)(de)(de)同時(shi)，最佳尺寸范圍的(de)(de)(de)乳化液滴(di)要確保足(zu)夠數量(liang)在(zai)目標區域上的(de)(de)(de)沉(chen)積，但也需避免形成小(xiao)液滴(di)(小(xiao)于100μM)來(lai)減小(xiao)噴射漂移。后者對使(shi)用者來(lai)說也是一種潛在(zai)的(de)(de)(de)危險(小(xiao)液滴(di)可(ke)能(neng)會導致吸入口中)，也可(ke)能(neng)造成噴射產品(pin)的(de)(de)(de)效能(neng)降低。

為(wei)了滿足以(yi)上(shang)(shang)的(de)(de)需求，噴(pen)射乳(ru)(ru)液的(de)(de)配方必(bi)須(xu)保(bao)證符(fu)合(he)(he)以(yi)下(xia)的(de)(de)標準(zhun):1.最(zui)合(he)(he)適的(de)(de)液滴尺寸(cun)分布(bu)，確保(bao)在(zai)目標區(qu)域(yu)上(shang)(shang)的(de)(de)最(zui)大沉積和附(fu)著，而且無漂移現象;2.在(zai)目標區(qu)域(yu)表(biao)面(mian)的(de)(de)良好涂布(bu)性和膚感。以(yi)上(shang)(shang)兩個(ge)標準(zhun)要求表(biao)面(mian)活性劑在(zai)氣/液界面(mian)迅速吸附(fu)(降低(di)動力(li)學(xue)表(biao)面(mian)張力(li))。然而，這(zhe)個(ge)表(biao)面(mian)張力(li)不能低(di)于臨界值(zhi)，從而可以(yi)防止乳(ru)(ru)化液滴尺寸(cun)過(guo)小而產生漂移。

噴霧液滴的形成原理

在噴(pen)(pen)射過(guo)程中，液(ye)(ye)(ye)體(ti)被(bei)壓(ya)經(jing)噴(pen)(pen)嘴，并在靜力(li)學(xue)壓(ya)力(li)下形(xing)(xing)成液(ye)(ye)(ye)滴(di)。高于某個靜力(li)學(xue)壓(ya)力(li)值，液(ye)(ye)(ye)體(ti)通過(guo)噴(pen)(pen)嘴形(xing)(xing)成連續噴(pen)(pen)射，而后(hou)分散(san)成小(xiao)液(ye)(ye)(ye)滴(di)。這個連續噴(pen)(pen)射，而后(hou)分散(san)成小(xiao)液(ye)(ye)(ye)滴(di)的過(guo)程是受到表(biao)面(mian)壓(ya)力(li)的結果。球形(xing)(xing)的表(biao)面(mian)積和(he)它的表(biao)面(mian)自由能(表(biao)面(mian)積×表(biao)面(mian)張力(li))小(xiao)于其他對稱體(ti)。因此，少量的其它形(xing)(xing)狀(zhuang)的液(ye)(ye)(ye)滴(di)將會形(xing)(xing)成更(geng)小(xiao)的球形(xing)(xing)液(ye)(ye)(ye)滴(di)。

動態表面張力與粒徑的關系

表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)(ji)和(he)聚合物對(dui)于(yu)噴(pen)霧(wu)(wu)液滴(di)(di)尺(chi)(chi)寸(cun)分(fen)布的(de)(de)影響(xiang)，在于(yu)他們對(dui)于(yu)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)的(de)(de)影響(xiang)，表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)一定程(cheng)度(du)上推動著霧(wu)(wu)化(hua)(hua)的(de)(de)產生。因為表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)(ji)降低了水(shui)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)，會(hui)形(xing)(xing)(xing)成粒徑更(geng)小(xiao)的(de)(de)液滴(di)(di)。配方中含表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)(ji)，幫助降低表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)，其霧(wu)(wu)化(hua)(hua)所需要(yao)的(de)(de)能量比(bi)不(bu)(bu)(bu)含表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)(ji)的(de)(de)產品(pin)要(yao)少(shao)。因此，同樣(yang)的(de)(de)能量輸入，會(hui)得到更(geng)小(xiao)尺(chi)(chi)寸(cun)的(de)(de)液滴(di)(di)。然而，實際情況并不(bu)(bu)(bu)是(shi)這樣(yang)簡單。在霧(wu)(wu)化(hua)(hua)的(de)(de)過程(cheng)中，會(hui)不(bu)(bu)(bu)斷形(xing)(xing)(xing)成新(xin)(xin)液體的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)。這種溶液的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)，依賴于(yu)形(xing)(xing)(xing)成新(xin)(xin)界面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)時(shi)間(jian)與表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)(ji)從溶液內部(bu)遷移到氣(qi)/液表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)吸附(fu)速(su)度(du)和(he)擴散速(su)度(du)。如果形(xing)(xing)(xing)成新(xin)(xin)界面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)時(shi)間(jian)比(bi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)(ji)擴散和(he)吸附(fu)的(de)(de)速(su)度(du)快，那么噴(pen)霧(wu)(wu)液體的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)不(bu)(bu)(bu)會(hui)比(bi)純水(shui)大(da)(da)很(hen)多(duo)，會(hui)形(xing)(xing)(xing)成大(da)(da)尺(chi)(chi)寸(cun)液滴(di)(di)。相反(fan)，如果形(xing)(xing)(xing)成新(xin)(xin)界面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)時(shi)間(jian)比(bi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)(ji)吸附(fu)的(de)(de)速(su)度(du)慢，那么噴(pen)霧(wu)(wu)液體的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力(li)會(hui)進一步降低，形(xing)(xing)(xing)成較小(xiao)的(de)(de)液滴(di)(di)尺(chi)(chi)寸(cun)。

圖(tu)1顯示兩個(ge)不(bu)同表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)體(ti)(ti)系(xi)A和B在(zai)不(bu)同吸附速度下(xia)，隨時間(jian)t而變(bian)化的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)γ，也可(ke)以(yi)叫作動態表(biao)面(mian)(mian)張力(li)。這些曲線可(ke)以(yi)通(tong)過使用(yong)KRüSS最(zui)大(da)氣泡(pao)壓(ya)力(li)法來測量。氣泡(pao)在(zai)表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)溶(rong)液中以(yi)不(bu)同的(de)(de)頻率形成(cheng)，控制氣泡(pao)形成(cheng)的(de)(de)時間(jian)并(bing)且測量氣泡(pao)中所產生的(de)(de)最(zui)大(da)壓(ya)強，可(ke)以(yi)得(de)到(dao)不(bu)同時間(jian)下(xia)的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)。在(zai)短(duan)時間(jian)內，觀察到(dao)表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)體(ti)(ti)系(xi)B比A的(de)(de)體(ti)(ti)系(xi)所帶來的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)更小(xiao)。

許多(duo)體系(xi)的(de)(de)動(dong)態(tai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)和時(shi)(shi)間對數的(de)(de)曲(qu)線可分(fen)為(wei)4個階段：誘(you)導區、表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)快速下(xia)降區、介平衡區和平衡區。在(zai)誘(you)導區，由于吸附(fu)(fu)在(zai)界(jie)面(mian)(mian)層上的(de)(de)助(zhu)劑質量(liang)(liang)濃度太低，溶(rong)液(ye)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)較(jiao)大；隨著助(zhu)劑大量(liang)(liang)被(bei)吸附(fu)(fu)到(dao)溶(rong)液(ye)表(biao)(biao)面(mian)(mian)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)急劇降低，就形成(cheng)了(le)快速下(xia)降區；而隨著溶(rong)液(ye)表(biao)(biao)面(mian)(mian)助(zhu)劑分(fen)子的(de)(de)積累，吸附(fu)(fu)接近(jin)飽(bao)和時(shi)(shi)吸附(fu)(fu)速度變慢(man)，就形成(cheng)了(le)介平衡區；足夠長的(de)(de)時(shi)(shi)間后當表(biao)(biao)面(mian)(mian)吸附(fu)(fu)達到(dao)飽(bao)和體系(xi)進入動(dong)態(tai)平衡階段表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)達到(dao)平衡，此(ci)即(ji)為(wei)平衡表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)。表(biao)(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑種類和質量(liang)(liang)濃度不(bu)同，其溶(rong)液(ye)體系(xi)達到(dao)上述各階段所需時(shi)(shi)間不(bu)同，表(biao)(biao)現為(wei)各溶(rong)液(ye)體系(xi)間動(dong)態(tai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)活(huo)性的(de)(de)差異。

從線(xian)性相(xiang)關(guan)性關(guan)系(xi)的(de)角度上來說，時(shi)間指標越(yue)小，動(dong)(dong)態表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)與霧滴(di)(di)指標之(zhi)間的(de)關(guan)系(xi)越(yue)傾向于線(xian)性狀態，可以通過測(ce)試(shi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性劑體系(xi)的(de)動(dong)(dong)態表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)來優化(hua)霧滴(di)(di)尺寸和粒徑(jing)。傳統意義上采用靜態表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)為(wei)指標研(yan)究霧滴(di)(di)形(xing)成的(de)方式并(bing)不合理，在(zai)有關(guan)噴霧的(de)實踐工(gong)作過程(cheng)當(dang)中，選取動(dong)(dong)態表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)作為(wei)研(yan)究指標有著更為(wei)顯著的(de)優勢。

圖2.動態表(biao)面(mian)吸附曲線圖

動態表面張力與粒徑關系的示例

圖3.不同表面活性(xing)劑溶液(ye)的動態表面張(zhang)力曲線

表1.不同表面(mian)活性劑溶液的粒徑分布

從圖3和(he)表1示(shi)例曲線可(ke)以明顯看到，可(ke)以通過控制動(dong)態表面(mian)張力來優化霧(wu)滴(di)的(de)粒(li)徑，張力在(zai)一(yi)定時間(jian)內下降(jiang)的(de)越快(kuai)，霧(wu)滴(di)粒(li)徑越細膩。為了避免霧(wu)滴(di)尺寸過小而產(chan)生霧(wu)滴(di)的(de)漂移，可(ke)以將表面(mian)活性劑(ji)的(de)張力調控在(zai)一(yi)定范圍。

在實際(ji)生產中，噴(pen)(pen)頭尺寸(cun)、噴(pen)(pen)霧壓力(li)(li)也是改變噴(pen)(pen)量(liang)、霧滴粒徑的(de)重要手段之一。本文僅(jin)討論了動態表面張力(li)(li)的(de)改變對噴(pen)(pen)霧粒徑的(de)影響，期望能為配方(fang)設計工(gong)作者(zhe)提供合適的(de)思路。