微乳化法(microemulsion method)

微乳化法能夠有效地控制顆粒尺寸大小及結構型態，因所製備的觸媒較具 有均一性，對於製備均一性的觸媒方法而言極具參考價值，且具備了製備簡 易、易於溫室下穩定存在等優點特性。而微乳化技術是在 1943 年時由 Hoar 和 Schulman 兩位科學家所發現的，進而在 1959 年將油-水-表面活性劑-助表 面活性劑形成的均相體系正式定名為微乳液（microemulsion）。

微乳化系統主要由三種成分所構成，此三成分為水、油及界面活性劑，

以宏觀的角度為均相，但若以微觀的的角度來看的話為非均相，圖 2-9 為三 成分結構圖，而在微乳化系統中，會受到水、油、界面活性劑和溫度而影響 所製作出的觸媒結構，此微乳化系統為熱力學穩定與等方向性溶液。在固定 的界面活性劑濃度下，使用不同比例的水和油，隨著溫度不同而產生不同結 構的逆微胞，如圖 2-10 所示，當逆微胞系統溫度提高時，原本穩定的逆微胞 系統會再度分相為兩相連續相系統(Two phases system)。而微胞通常為球型，

但實際大小與形狀會因濃度及溫度不同有所改變，如圖 2-11。

微胞系統：油/水的組成比例為特定比例時，此時溶液內的活性劑分子數量恰 能包覆系統內的油相，使得各微小的油相被界面活性劑包覆於水相中，並均 勻分佈於其中呈透明穩定狀態，此各包覆系統及為微胞系統。

27

圖 2-9 水-油-界面活性劑的三相圖: (a) 水包油微胞法(o/w); (b) 油包水逆微胞 法(w/o); (c) 雙連續分散相; (d) 孤立和分散 o/w 聚合；(e) 孤立和分散 w/o 聚 合^[44]

圖 2-10 溫度與微胞系統所組成的關係^[45]

28

圖 2-11 微胞結構：(a)球形結構；(b)雙層球形結構；(c)及(d)為柱狀和層狀結 構，通常在高濃度界面活性劑溶液發生^[46]

微乳化系統可依組成不同分為正微胞系統的水中油滴型(oil-in-water, O/W)、逆微胞系統的油中水滴型(water-in-oil, W/O)及雙連續型微乳液 (bicontinuous microemulsion)等三大系統：

1. 水中油滴型(oil-in-water, O/W):此系統連續相為水相，分散相為油相，簡單 來說就是將水-界面活性劑的系統中，加入微量的油類，形成一個穩定存在 的系統，如圖 2-12(a)。

2. 油中水滴型(water-in-oil, W/O):此系統連續相為油相，分散相為水相，簡單 來說就是將油-界面活性劑的系統中，加入微量的水，但因 W/O 較難製備 成穩定乳化系統，因此稱 W/O 為逆微胞系統如圖 2-12(b)。

3. 雙連續型微乳液(bicontinuous microemulsion):在某些特定的水-油-界面活 性劑比例，在特定的溫度條件下所產生的情形，如圖 2-12(c)。

29

圖 2-12 微乳化法(a)水包油滴型(b)油包水滴型(c) 雙連續型^[47]

提到微乳化法不可不提界面活性劑，界面活性劑的結構是頂端具有一親 水性(hydrophilic)的頂端，尾端則為疏水端(hydrophobic)，這種分子被稱為兩 性分子，由於此分子具有親水及疏水的兩種特性，其結構如圖 2-13。

圖 2-13 界面活性劑分子結構^[48]

30

界面活性劑的種類有許多，但尾端的長鏈通常以碳氫鍊組成，所以界面活性 劑的種類主要以頂端親水性原子團的特性來區分，一般來說界面活性劑可分 為四種：

1. 陽離子界面活性劑(cationic surfactant):此界面活性劑溶於水中時，會解離產 生界面活性陽離子，因此在頂端的親水性部分會帶有正電荷，此類的界面 活性劑具有良好的殺菌性及抗靜電性。

2. 陰離子界面活性劑(anionic surfactant): 此界面活性劑溶於水中時，會解離 產生界面活性陰離子，因此在頂端的親水性部分會帶有負電荷，此類的界 面活性劑製作成本低，通常被做為清潔用品。

3. 兩性離子界面活性劑(zwitterionic surfactant):此界面活性劑具有陽離子、陰 離子或非離子型的界面活性劑中任兩種界面活性劑所組成的化合物，因價 格昂貴，所以應用在特殊用途上如特殊清潔劑、染色助劑等。

4. 非離子型界面活性劑(nonionic surfactant):此界面活性劑不具有解離的特性，

以氫氧基或醚基為親水基，疏水基為長鍊碳氫鍊，氫氧基及醚基的親水效

31

圖 2-14 界面活性劑與水表面張力^[47]

32