制備個人護理應(yīng)用方面的噴霧產(chǎn)品對于配方師來說是個很大的挑戰(zhàn)。產(chǎn)品要求在霧化容易的同時，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)來減小噴射漂移。后者對使用者來說也是一種潛在的危險(小液滴可能會導(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。以上兩個標(biāo)準(zhǔn)要求表面活性劑在氣/液界面迅速吸附(降低動力學(xué)表面張力)。然而，這個表面張力不能低于臨界值，從而可以防止乳化液滴尺寸過小而產(chǎn)生漂移。

噴霧液滴的形成原理

在噴射過程中，液體被壓經(jīng)噴嘴，并在靜力學(xué)壓力下形成液滴。高于某個靜力學(xué)壓力值，液體通過噴嘴形成連續(xù)噴射，而后分散成小液滴。這個連續(xù)噴射，而后分散成小液滴的過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)小于其他對稱體。因此，少量的其它形狀的液滴將會形成更小的球形液滴。

動態(tài)表面張力與粒徑的關(guān)系

表面活性劑和聚合物對于噴霧液滴尺寸分布的影響，在于他們對于表面張力的影響，表面張力一定程度上推動著霧化的產(chǎn)生。因為表面活性劑降低了水的表面張力，會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，會得到更小尺寸的液滴。然而，實際情況并不是這樣簡單。在霧化的過程中，會不斷形成新液體的表面。這種溶液的表面張力，依賴于形成新界面的時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散速度。如果形成新界面的時間比表面活性劑擴散和吸附的速度快，那么噴霧液體的表面張力不會比純水大很多，會形成大尺寸液滴。相反，如果形成新界面的時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進一步降低，形成較小的液滴尺寸。

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

許多體系的動態(tài)表面張力和時間對數(shù)的曲線可分為4個階段：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，吸附接近飽和時吸附速度變慢，就形成了介平衡區(qū)；足夠長的時間后當(dāng)表面吸附達到飽和體系進入動態(tài)平衡階段表面張力達到平衡，此即為平衡表面張力。表面活性劑種類和質(zhì)量濃度不同，其溶液體系達到上述各階段所需時間不同，表現(xiàn)為各溶液體系間動態(tài)表面活性的差異。

從線性相關(guān)性關(guān)系的角度上來說，時間指標(biāo)越小，動態(tài)表面張力與霧滴指標(biāo)之間的關(guān)系越傾向于線性狀態(tài)，可以通過測試表面活性劑體系的動態(tài)表面張力來優(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)噴霧的實踐工作過程當(dāng)中，選取動態(tài)表面張力作為研究指標(biāo)有著更為顯著的優(yōu)勢。

圖2.動態(tài)表面吸附曲線圖

動態(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態(tài)表面張力曲線

表1.不同表面活性劑溶液的粒徑分布

從圖3和表1示例曲線可以明顯看到，可以通過控制動態(tài)表面張力來優(yōu)化霧滴的粒徑，張力在一定時間內(nèi)下降的越快，霧滴粒徑越細膩。為了避免霧滴尺寸過小而產(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。本文僅討論了動態(tài)表面張力的改變對噴霧粒徑的影響，期望能為配方設(shè)計工作者提供合適的思路。