醇在純水和油在界劑水溶液中之溶解和界面混溶動態現象研究

(1)

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

醇在純水和油在界劑水溶液中之溶解和界面混溶動態現象研究

研究成果報告(精簡版)

計畫類別：個別型

計畫編號： NSC 96-2221-E-011-081-

執行期間： 96 年 08 月 01 日至 97 年 07 月 31 日執行單位：國立臺灣科技大學化學工程系

計畫主持人：林析右

計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理人員：宋俊仁博士班研究生-兼任助理人員：張耀元博士班研究生-兼任助理人員：洪逸麟

報告附件：出席國際會議研究心得報告及發表論文

處理方式：本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中華民國 98 年 02 月 09 日

(2)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成果報告

□ 期中進度報告油滴在界劑水溶液中之界面動態現象研究

計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫計畫編號：NSC 96－2221－E－011－081－

執行期間：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日

計畫主持人：林析右共同主持人：

計畫參與人員：

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

執行單位：台灣科技大學化學工程系

中華民國 98 年 02 月 06 日

(3)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

醇在純水和油在界劑水溶液中之溶解和界面混溶動態現象研究

Interfacial Dynamic Solubilization Phenomenon of oil/Surfactant/water Solutions

計畫編號：NSC 96-2221-E-011-081

執行期限：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日主持人：林析右國立台灣科技大學化學工程學系一、中文摘要

本計畫探討醇類在純水和在界劑水溶液中之溶解和界面動態現象。其研究內容分為兩部分： (1)醇類水溶液之溶解度；(2) 觀察醇和油在純水及 3wt%界劑水溶液中之可溶化行為。

本研究第一部分探討苯甲醇/苯乙醇/正辛醇三種醇類在水中之溶解度。藉由(i)測量苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液之表面張力、(ii)肉眼觀察苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液是否有第二相生成、(iii) UV/Vis 光譜儀來測量苯甲醇水溶液中水相本體溶液之醇類濃度、和(iv)密度儀來測量苯甲醇水溶液中水相本體溶液之密度，來探討醇類在水中之溶解度。

醇類水溶液經三天攪拌後，靜置於25

^o

C 之恆溫水槽中至少兩個星期。藉由肉眼觀察，發現苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液分別在0.48、0.75及0.03 wt%濃度時，水溶液在液-氣表面或容器底部開始有細小油滴形成，隨著濃度上升，油滴數目有增多和變大趨勢。

使用懸掛氣泡法測量此三類醇水溶液之表面張力，發現在溶液中第二相生成後，

張力仍隨著醇類濃度之上升而下降；苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液分別在4、2.5 及0.05 wt%濃度左右，張力逐漸趨於平緩。

UV 光譜儀可測得溶液之苯官能基之吸收波峰。藉 UV 可測得苯甲醇水溶液中醇類之濃度。測量結果顯示當苯甲醇水溶液中第二相開始生成時(C > 0.48 wt%)，水相中苯甲醇含量仍隨著苯甲醇添加量之上升而增加；濃度大於 4 wt%後，水相中苯甲醇濃度漸趨於平緩。

密度儀可量測苯甲醇水溶液中水相本體溶液之密度。發現溶液本體之密度於第二

相生成後仍持續增加，但當濃度約為 4 wt%時，其密度逐漸趨於平緩。

本研究第二部分觀察甲苯、乙苯、苯甲醇在純水及在 3 wt%界劑水溶液中之界面動態行為。將甲苯、乙苯、或苯甲醇置入純水或界劑水溶液後，可發現苯甲醇在純水或界劑水溶液，於油-水兩相界面處瞬時產生一流紋狀之非穩態相，並沿著油滴底端流向容器底部，而甲苯與乙苯只在 TX-100 水溶液中產生此一流紋狀之非穩態相。

在 TX-100 水溶液中，苯甲醇油滴生成狀似由許多顆粒所堆疊成之非穩態相，而甲苯和乙苯油滴則產生波紋般的非穩態相；

在 DTAB 水溶液中，只有苯甲醇油滴會產生強烈波紋的非穩態相，甲苯和乙苯油滴不會生成非穩態相；而於 TX-405 水溶液中，苯甲醇油滴生成薄層狀的非穩態相，

流至油滴底端，並如瀑布狀流向容器底端，而甲苯和乙苯油滴則未見非穩態相；

在純水中，其生成之非穩態相區甚薄，沿油滴外圍流至油滴底端後，以不固定方向流向容器底端，而甲苯和乙苯油滴並無此現象。

界劑水溶液中形成微胞後，油滴或有機物可溶於微胞內，此即為可溶化現象，此現象能增加有機物在水中的溶解度。上述可觀測到之非穩定相和相關流動行為，猜測可能是由界劑水溶液之可溶化現象引發而生成之相關行為。

關鍵詞：界劑、苯甲醇、苯乙醇、正辛醇、

溶解度、可溶化、密度、表面張力

Abstract

This study investigates the interfacial phenomena of benzyl alcohol/surfactant/

water three components system at 25

^o

C: (i)

(4)

the solubility of benzyl alcohol (BA) in pure water and (ii) the interfacial dynamic phenomena of a drop of benzyl alcohol in 3wt % surfactant solutions. To find out the solubility of BA in water, we (i) measure the surface tension of aqueous benzyl alcohol solutions, (ii) observe by eye the formation of the BA droplet in aqueous solutions, (iii) measure the BA content of the aqueous bulk phase by UV/Vis photography, and (iv) measure the density of aqueous benzyl alcohol solutions.

In general, when an oil drop is generated in the bulk phase of water or surfactant solutions, the drop interface is smooth and well governed by the Young-Laplace equation. However, when a BA oil droplet is formed in aqueous DTAB, TX-100 or TX- 405 surfactant solutions, parts of BA molecules will dissolve into aqueous phase.

This is due to the existence of surfactant micelles in water phase. This process is named solubilization. If there exist surfactant and/or co-surfactant inside the oil droplet, a spontaneous emulsification may take place.

Many tiny oil droplets then form in water phase and a meso-nonequilibrium phase near the oil-water interface is formed. However, some special phenomena were observed in our lab that a new mixture phase with a different refraction index was formed when the BA droplet was formed inside surfactant solutions. The oil-water interface deviates far away from the theoretical drop profile predicted by the Young-Laplace equation.

The new meso-nonequilibrium phase moves from the oil-water interface downward to the solution bottom, then move upward to the air-water surface. It may cause a strong disturbance of the air-water surface and the bulk layer adjacent to the surface. The surface tension of BA solution decreases at increasing BA content, and reaches a constant ST at BA ~ 4 wt%. However, tiny BA droplets appear at BA ~ 0.48 wt%. The BA content of aqueous BA solution increases at increasing BA concentration and reaches a nearly value at BA ~ 4 wt%. The density data indicates a break at ~ 4 wt%

also. Here comes a big question: Why the BA droplets appear so early (at such low concentration)?

The interfacial dynamic phenomena of oil - surfactant - water system at 25

^o

C were studied. Five different oils (benzyl alcohol, toluene, and ethylbenzene) were added in 3 wt% aqueous surfactant solutions to investigate the interfacial dynamic phenomena. The surfactants used are DTAB, TX-100 and TX-405.

Due to the existence of surfactant micelles in water phase, parts of oil molecules will dissolve into aqueous phase. A spontaneous emulsification takes place for some oil-surfactant system. Many tiny oil droplets may form in water phase and a meso- nonequilibrium phase near the oil-water interface was observed.

In order to solve the puzzle, the solubilities of phenethyl-alcohol and 1- octanol in pure water were also studied by (i) measuring the surface and interfacial tension of the oil-in-water solutions and (ii) observing by eye the formation of the oil droplet in oil-water solutions. The surface tension of aqueous phenethyl-alcohol solution decreases at increasing alcohol content, and reaches a constant ST at phenethyl-alcohol ~ 2.5 wt%.

However, tiny phenethyl-alcohol droplets appears at lower concentration, ~ 0.7 wt%. A similar phenomenon on the concentration disagreement of ST break and formation of oil droplet was also observed for aqueous 1-octanol solution.

Keyword: benzyl alcohol, density, 1-octanol,

phenethyl alcohol, solubilization, surface tension, surfactant

二、前言、研究目的、文獻探討

乳液(emulsion) 是由兩（或更多）不互溶之液相組成的一熱力學不穩定的物質系統，通常其中一相為分散相、一為連續相。

例如，產業上最常見的是細微油滴分散於界劑水溶液(O/W)中。將原本不互溶的油- 水兩種物質形成一由細微油滴分散於連續之水相中的乳液，系統之自由能因著油-水界面面積之大量增加而大幅度上升，因而成為一熱力學不穩定的系統。透過外加的激烈攪拌為此物質系統提供大量能量，通常是形成乳液之一必要步驟。

若在上述油-水系統中加入適當的界面

(5)

活性劑，可大幅度地降低油-水界面張力，

乳液形成所需外加能量可大幅度減少，甚至可進一步地自發生成乳液。此類乳液或自發性乳液之生成，在農業應用、清潔劑、

藥物輸送、食品製造、潤滑油、化粧品、

奈米粒子製備、和原油探採等相關產業均扮演著重要角色。

本實驗從界面張力量測實驗系統中，意外地發現一奇怪的油水自發混溶現象。現象有一點像自發性乳化作用(spontaneous emulsification)，但其現象與文獻[1-7]上所描述之自發性乳化並不一樣。文獻上所定義之自發性乳化作用，概略是描述將一含

（預先混合）界劑和共同界劑 (co- surfactant)之油滴注入純水中，經由不同之機制(mechanism)，此油滴生成或裂解成無數奈米或微米級的細小油滴之程序。圖一顯示一自發性乳化作用的知名範例。

本計畫的研究目的是為了探討自發性乳化作用之機制。其機制至今仍未被釐清。

最有可能的機制有三： interfacial turbulence 、 diffusion and stranding 及 negative interfacial tension。其它可能的機制有 explosion of vesicles by osmotic gradient、sequential change in structure by temperature gradient、sequential change in structure by concentration gradient、myelinic figures and liquid crystal explosion 及 Rayleigh instability。

三、研究方法

本研究第一部分主要之研究方法是利用懸掛氣泡法(pendant bubble)來量測苯甲醇、苯乙醇、正辛醇三種醇類的動態表面張力，及平衡界面張力γ (C)。

懸掛氣泡法：利用懸掛氣泡量測張力的原理為懸垂液滴（如圖二）的形狀變化與液滴內外壓差，計算界面張力。將理論之懸垂液滴曲線與實驗上的懸垂液滴邊界做比對，找出最適化理論曲線，即可得到對應的界面張力值[8]。

現假設一懸垂液滴的密度較外界（另一相）大，則懸垂液滴側面影像如圖二所示

（若懸垂液滴之密度較外界低，則需使用反轉針頭打出液滴，側面影像為圖二之顛倒）。本研究中所量測的皆為氣-液界面的表面張力，因此是以反轉針頭在靜止的界

劑溶液中瞬間打出一顆氣泡，懸掛在針頭上。

肉眼觀察：將配置好的醇類水溶液經三天攪拌後，靜置於 25

^o

C 之恆溫水槽中至少兩個星期。藉由肉眼觀察，醇類水溶液是否有第二相之生成。

UV/Vis 光譜儀：光譜儀通常測量物質之

官能基，且隨樣品的濃度越大所測得的訊號也會越強。本實驗亦藉由 UV 光譜儀可測得溶液中苯官能基之吸收波峰，藉此對苯甲醇水溶液作定量分析。首先必須測量苯甲醇水溶液對吸收度之檢量線，濃度範圍為 0.01~0.1 wt%。之後再將苯甲醇水溶液稀釋至檢量線濃度範圍或配製在此濃度範圍內，如此可獲得苯甲醇水溶液之吸收度值，進而推算出苯甲醇水溶液之濃度，

藉以獲得苯甲醇水溶液中醇類之飽和濃度。

密度儀：利用密度儀(DMA 58)來量測苯甲醇水溶液中本體溶液之密度。由(1)式可得到液體之密度。系統震盪頻率誤差為 ± 0.0005 g/cm

³

，測量範圍為 0 ~ 3 g/cm

³

。其

關係式如下：

c V 2 M

T= π +ρ

(1) 其中，T 為震盪頻率(s)，c 為彈性係數，M 為 U 型石英管的質量 (g) ， ρ 為密度 (g/cm

³

)，V 為 U 型石英管的體積(cm

³

)。

第二部分之研究方法主要是以懸垂液滴系統來觀察油滴於水溶液中非穩態相流紋產生的強弱、形狀、移動方向，進而來探討甲苯、乙苯、苯甲醇之可溶化 (solubilization)現象。另使用懸垂液滴影像數位化測量儀(如圖三所示)和密度儀，來測量油-水-界劑三成份兩相平衡溶液之表/界面張力，以求得其擴展係數 (spreading coefficient)。

可溶化現象：界劑分子含有親油基和親水基，當界劑達一臨界濃度後，溶液中的界劑分子會聚集成一疏水基向內聚集、親水基向外延伸的聚集體，稱作微胞 (micelles)。此時若將有機物或油滴加入界劑水溶液中，部分油滴或有機物可溶於微胞內，此即為可溶化現象，此現象能增加有機物在水中的溶解度。

擴展係數：其為衡量一種液體(A)在另一

(6)

種液體(B)表面上擴展能力的參數，可由兩液體各自的表面張力(γ

A

, γ

B

)與兩者間的界面張力(γ

AB

)求得

AB A B

A/B

- -

S =

γ γ γ

(2) 當S

A/B

≧0時，液體A將在液體B因為潤溼的作用而擴展，若S

A/B

<0，液體A將會因張力關係而縮成球狀，如圖四所示。兩液體各自的表面張力(γ

A

, γ

B

)與兩者間的界面張力(γ

AB

) 則由懸掛/垂氣泡/液滴影像數位化測量儀所測得。

四、結果與討論

本研究第一部分探討苯甲醇、苯乙醇、

正辛醇三種醇類在水中之溶解度。藉由(i) 測量苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液之表面張力、(ii)肉眼觀察苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液是否有第二相生成、 (iii) UV/Vis 光譜儀來測量苯甲醇水溶液中本體溶液之醇類濃度、和(iv)密度儀來測量苯甲醇水溶液中本體溶液之密度，來探討醇類在水中之溶解度。

苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液經三天攪拌後，靜置於25

^o

C之恆溫水槽中至少兩個星期。藉由肉眼觀察，發現苯甲醇水溶液在0.48 wt%濃度時，水溶液在液-氣表面或容器底部有細小油滴形成，如圖五所示，隨著濃度上升，油滴數目有增多和變大趨勢。苯乙醇水溶液在 0.76 wt%濃度時，水溶液在液-氣表面或容器底部有細小油滴形成，如圖六所示，隨著濃度上升，

油滴數目有增多和變大趨勢。正辛醇水溶液在0.03 wt%濃度時，水溶液在液-氣表面或有細小油滴形成，如圖七所示。隨著濃度上升，油滴有變大之趨勢。

使用懸掛氣泡法測量此苯甲醇/苯乙醇/

正辛醇水溶液之表面張力，發現在溶液本體中第二相生成後，張力仍隨著醇類濃度之上升而下降；苯甲醇水溶液在4 wt%濃度左右，張力逐漸趨於平緩；而苯乙醇和正辛醇水溶液之濃度分別為2.5 wt%和0.045 wt%時，其張力逐漸趨於平緩，如圖五至圖七所示。圖八顯示為三種不同醇類水溶液之平衡張力圖。

UV 光譜儀可測得溶液之苯官能基之吸收波峰。藉 UV 可測得苯甲醇水溶液中醇類之濃度。由圖九之測量結果顯示當苯甲醇水溶液中第二相開始生成時(C > 0.48

wt%)，水相中苯甲醇含量仍隨著苯甲醇添加量之上升而增加；濃度大於 4 wt%後，

水相中苯甲醇濃度漸趨於平緩。

藉由密度儀測量苯甲醇水溶液中溶液本體之密度。圖十顯示苯甲醇水溶液開始有第二相生成時(C > 0.48 wt%)，苯甲醇水溶液中溶液本體之密度仍隨著苯甲醇添加量之增加而增加；濃度大於 4 wt%後，溶液本體之密度逐漸趨於平緩。

表一為本研究第一部分之實驗結果與文獻值之整理。以苯甲醇水溶液之溶解度為例，其溶解度之文獻值為 4 wt%，而此次之實驗結果為 0.48 wt%，兩者間有明顯之差異。但藉由表面張力、 UV 及密度之實驗結果，可發現苯甲醇水溶液之濃度大於 4 wt%後之後，張力值、UV 吸收值與密度值才逐漸趨於平緩，所得之濃度與文獻值相符。但 0.48 wt%為肉眼觀測苯甲醇水溶液第二相開始生成時之濃度；當濃度大於 4 wt%後才達平衡。

因此，當苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液濃度在 0.48 ~ 4 wt%、0.76 ~ 2.5 wt%和 0.03 ~ 0.045 wt%間，所產生之現象，無法用傳統熱力學之觀點來解釋。因根據相律 F=C-P+2，在定溫、定壓下的兩成份系統若存在兩相時，該系統的自由度應為零，

亦即該系統物性在出現第二相(過飽和)後皆應相同。但由張力、 UV 及密度之實驗結果可知其行為並非如此，故這之間的現象是值得進一步探討。

第二部份以自行組裝懸掛/垂氣泡/液滴影像數位化測量儀並搭配數位相機來探討 (i) 油滴於水溶液中非穩態相流紋產生的現象；(ii) 固著油滴於氣液界面的現象。

本研究第二部份中針對 25

^o

C 下，油相為甲苯、乙苯、苯甲醇，水相為 3 wt%

TX100、3 wt% DTAB、3 wt% TX405 水溶液及純水等進行探討。

苯甲醇、甲苯、乙苯油滴滴在 3 wt%

TX-100 水溶液中，則苯甲醇懸垂油生成

狀似由許多顆粒所堆疊成之非穩態相；而

甲苯和乙苯油滴則是生成波紋般之非穩

態相，其波紋往液-氣界面移動，如圖十一

所示；圖十二顯示一苯甲醇、甲苯、乙苯

油滴之固著油滴於 3 wt% TX-100 水溶

液之氣-液界面行為。苯甲醇之固著油滴無

法潤濕於氣-液界面；而甲苯、乙苯油滴之

(7)

固著油滴於氣 -液界面處產生劇烈地旋轉。圖十三顯示甲苯、乙苯、苯甲醇油滴在 3 wt% DTAB 水溶液中，可發現苯甲醇油滴會生成劇烈地波紋狀之非穩態相，從油滴底端，劇烈地往四方流出，反之甲苯和乙苯油滴並無此非穩態相產生。苯甲醇之固著油滴於 3 wt% DTAB 水溶液之氣- 液界面處會無法潤濕於氣-液界面，甲苯和乙苯油滴於 3 wt% DTAB 水溶液之氣-液界面處會旋轉後潤濕於氣-液界面（如圖十四所示）。圖十五顯示甲苯、乙苯、苯甲醇油滴在 3 wt% TX-405 水溶液中，苯甲醇懸垂生成薄層狀的非穩態相，流至油滴底端，並如瀑布狀流向容器底端；而甲苯和乙苯油滴並無此非穩態相產生。甲苯、

乙苯、苯甲醇之固著油滴於 3 wt% TX-405 水溶液之氣-液界面處會旋轉但無法潤濕於氣-液界面（如圖十六所示）。甲苯、乙苯、苯甲醇油滴在純水中（如圖十七所示），苯甲醇懸垂油滴生成之非穩態相區甚薄，沿油滴外圍流至油滴底端後，以不固定方向流向容器底端，甲苯和乙苯油滴並無非穩態相產生；而圖十八顯示一苯甲醇之固著油滴於純水之氣-液界面處會旋轉但無法潤濕於氣-液界面，而甲苯和乙苯油滴並無此現象。

以苯甲醇為例，由觀察中發現，在油水界面處皆會生成一非穩態相，其產生之情況隨界劑溶液的不同而產生變化。而對固著油滴對氣液界面的現象探討中發現，其是否會於氣液界面處旋轉與油水間的擴展係數有關。擴展係數可由油水間界面張力與油水各自的表面張力求得，如表二所示。隨擴展係數遞增，固著油滴將於氣液界面處旋轉，當擴展係數大於零，油滴將會在氣液界面潤濕形成膜。

五、參考文獻

1. J. C. Lopez-Montilla, P. E. Herrera - Morales, S. Pandey and D. O. Shah,

“Spontaneous Emulsification Mechanisms, Physicochemical Aspects, Modeling, and Applications,” J. Dispers. Sci. Tech. 23, 219 (2002).

2. T. Nishimi and C. A. Miller, “Sponta- neous Emulsification Produced by Chemical Reactions,” J. Colloid Interface

Sci. 237, 259 (2001).

3. J. C. Lopez-Montilla, P. E. Herrera- Morales, and D. O. Shah, “New Method to Quantitatively Determine the Spotane -ity of the Emulsification Process,”

Langmuir 18, 4258 (2002).

4. K. Mohlin, H. Leijon, and K. Holmberg,

“Spontaneous Emulsification of Alkyl Ketene Dimer,” J. Dispers. Sci. Tech. 22, 569 (2001).

5. M. Buchanan, S. U. Egelhaaf, and M. E.

Cates, “Dynamics of Interface Instabilities in Nonionic Lamellar Phases,” Langmuir

16, 3718 (2000).

6. J. T. Davies and E. K. Rideal, ”Diffusion through Interfaces” In Interfacial

Phenomena, 1st ed., Willmer, H., Eds.,

Academic Press, Inc., New York (1961).

7. C. A. Miller,”Spontaneous Emulsification Produced by Diffusion – A Review,”

Colloids Surf. 29, 89 (1988).

8. C. Huh and R. L. Reed, “A Method for Estimating Interfacial Tensions and Contact Angles from Sessile and Pendant Drop Shapes,”

J. Colloid Interface Sci., 91,

472. (1983).

9. R. C. Weast, “Handbook of Chemistry and Physics ” 83rd ed. (2002)

10. R. H.Perry, Green D. W. ”Perry’s

Chemi- cal Engineers’ Handbook,” 7th ed.

(1997)

表一、苯甲醇/苯乙醇/正辛醇之各種物性

註：粗體字為實驗結果

表二、苯甲醇在純水及 3 wt%界劑水溶液之擴展係數

S

^油/^水

(mN/m) 油相水相表面張力(mN/m) 29.13 純水 71.97

4.16 3wt% TX405 46.98 -3.09

苯甲醇 γ=8.62

(mN/m) 3wt% DTAB 38.24

(8)

-12.85 3wt% TX100 29.86

圖一、Schematic diagram showing spontaneous emulsification process for drop of n-hexadecane /n-octane /C

12

E

6

contacting water [1].

圖二、懸垂液滴的座標系統

A V

A B

C E

SV

VT L

M PC

PC F

SP

G

TP T

R AI

H

AC

HC FN

QN

圖三、懸垂/固著液滴影像數位化測量儀

B

A S_A/B≧0

A

B

S_A/B<0

B

A S_A/B≧0

B

A S_A/B≧0

A

B

S_A/B<0 A

B

S_A/B<0

圖四、擴展係數對不同液體之示意圖

圖五、苯甲醇水溶液平衡張力暨溶液氣- 液和液-固界面上之微小油滴觀察

圖六、苯乙醇水溶液平衡張力暨溶液氣- 液和液-固界面上之微小油滴觀察

圖七、正辛醇水溶液平衡張力暨溶液氣- 液和液-固界面上之微小油滴觀察

10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 C (mol/g)

20 30 40 50 60 70

Surfacetension(mN/m)

a b c

○:single phase

＋:two phases a.苯甲醇水溶液

b.苯乙醇水溶液 c.正辛醇水溶液

T=25^oC

10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 C (mol/g)

20 30 40 50 60 70

a b c

○:single phase

＋:two phases a.苯甲醇水溶液

b.苯乙醇水溶液 c.正辛醇水溶液

T=25^oC

圖八、三種不同醇類水溶液之平衡張力

(9)

△:苯甲醇含量

○:表面張力

10^-1 10⁰ 10¹

wt% of BzOH aq 40

50 60 70 80

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

BAinaqbulkphase(wt%)

I II III

Single phase

two phase

△:苯甲醇含量

○:表面張力

10^-1 10⁰ 10¹

wt% of BzOH aq 40

50 60 70 80

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

I II III

10^-1 10⁰ 10¹

wt% of BzOH aq 40

50 60 70 80

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

I II III

Single phase

two phase

圖九、苯甲醇水溶液中苯甲醇含量與溶液表面張力

0 2 4 6 8 10

BA conc (wt%) 0.997

0.998 0.999 1

density(g/cm3)

I II III

圖十、苯甲醇水溶液中溶液本體密度之變化情形

t = 0 s t =36 s

t = 113 s

t = 0 s t = 10 s t = 40 s

t = 0 s t = 10 s t = 20 s

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c2 c3 c1

t = 0 s t =36 s

t = 113 s

t = 0 s t = 10 s t = 40 s

t = 0 s t = 10 s t = 20 s

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c2 c3 c1

圖十一、

甲苯、乙苯、苯甲醇在3wt% TX-100

水溶液中之非穩態相。（a1~a3 為甲苯，

b1~b3 為乙苯，c1~c3 為苯甲醇）

t = 0.0 s t=7.3 s t = 9.4 s

t = 0 s t = 15 s t = 30 s

t = 0.0 s t = 12.0 s t = 20.2 s a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2 c3

a1

圖十二、甲苯、乙苯、苯甲醇固著油滴在3wt%

TX100 水溶液中之界面動態行為。苯甲醇油滴與氣-液表面接觸時油滴不會旋轉，而甲苯和乙苯固著油滴與氣-液表面接觸時油滴產生旋轉且潤濕形成膜。（a1~a3 為甲苯，b1~b3 為乙苯，c1~c3 為苯甲醇）

t = 26 s t = 44 s t = 51 s

t = 5 s t = 30 s t = 40 s

t = 5 s t = 15 s t = 30 s

a1

b1

c1

a2 a3

b3 b2

c3 c2

t = 26 s t = 44 s t = 51 s

t = 5 s t = 30 s t = 40 s

t = 5 s t = 15 s t = 30 s

a1

b1

c1

a2 a3

b3 b2

c3 c2

圖十三、甲苯、乙苯、苯甲醇在3 wt% DTAB 水溶液中之非穩態相。（a1~a3 為甲苯，

t = 0.0 s t = 4.0 s t = 7.6 s

t = 0.0 s t = 1.0 s t = 20.0 s

t = 0.0 s t = 3.1 s t = 50 s

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2 c3

圖十四、甲苯、乙苯、苯甲醇固著油滴於3 wt%

DTAB 水溶液中，甲苯、乙苯油滴與氣-液表面接觸時油滴會劇烈旋轉，而苯甲醇則無此現象。（a1~a3 為甲苯，b1~b3 為乙苯，c1~c3 為苯甲醇）

○:single phase

△:two phases

(10)

t = 0 s t = 4 s t = 7.6 s

t = 3 s t = 30 s t = 90 s

t = 0 s t = 30 s t = 60 s

t = 0 s t = 4 s t = 7.6 s

t = 3 s t = 30 s t = 90 s

t = 0 s t = 30 s t = 60 s

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2 c3

圖十五、甲苯、乙苯、苯甲醇在3wt% TX-405 水溶液中之非穩態相。（a1~a3 為甲苯，

t = 0.0 s t = 0.36 s t = 3.0 s t = 0.0 s t = 3.8 s t = 4.5 s t = 0.0 s t = 2.9 s t = 5.0 s

a3 a2

b1 b2 b3

c1 c2 c3

a1

圖十六、甲苯、乙苯、苯甲醇固著油滴在TX405 水溶液中，當油滴與氣-液表面接觸時油滴會劇烈旋轉。（a1~a3 為甲苯，b1~b3 為乙苯，c1~c3 為苯醇）

t = 1 s t = 5 s t = 15 s

t = 0 s t = 5 s t = 15 s

t = 0 s

t = 0 s t = 5 st = 5 s t = 15 st = 15 s

t =0 s t = 12 s t = 36 s

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2 c3

圖十七、甲苯、乙苯、苯甲醇在純水中之非穩態相。（a1~a3 為甲苯，b1~b3 為乙苯，c1~c3 為苯甲醇）

t = 0.0 s t = 0.10 s t=6.4 s

t = 0.0 s t = 3.03 st = 2.1 s t = 3.23 s

t = 0.0 s t = 2.4 s t = 2.5 s

t = 0.0 s t = 0.10 s t=6.4 s

t = 0.0 s t = 3.03 st = 2.1 s t = 3.23 s

t = 0.0 s t = 2.4 s t = 2.5 s

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2 c3

圖十八、甲苯、乙苯、苯甲醇固著油滴於純水中，苯甲醇固著油滴與氣-液表面接觸時油滴會劇烈旋轉。（a1~a3 為甲苯，b1~b3 為乙苯，c1~c3 為苯甲醇）

(11)

International Engineering Research Conference (IERC) 2008 2008 國際工程研究研討會

由菲律賓聖卡羅大學(University of San Carlos)主辦之 2008 國際工程研究研討會，於 2008 年十三月三日至十五日，假由菲律賓宿霧市舉行。研討會前後合計三天。

本次研討會之主題有十六：(a)Materials, (b) Water, (c) Indoor Environment, (d)

Construction Materials, (e) Fuel Systems, (f) Engineering Education, (g) Fluid and Structures, (h) Environment & Energy Management, (i) Power/Energy Systems, (j) Chemical Degradation &

Separation, (k) Information & Construction, (l) Fluid Interfaces, (m) Biosystems, (n)Information &

Control, (o) Printed Circuit Board, and (p) Soils.

研討會期間計有 Planary Lecture 六篇：(i) Engineering and Economics of Plasma Pollution Control Technology (Prof. Jen-Shih Chang, McMaster University, Canada), (ii) Polymers as 21

^st

Century Materials (Dr. Augustus Ouano, Technology Consultant, Philippines), (iii) The Challenges of Sustainable Development to Engineering and Ethics (Fr. Dionisio Miranda, SVD, USC,

Philippines), (iv) Science & Technology and Sustainable Development in a Developing Country

(Engr. Rene Burt Llanto, DOST-7, Philippines), (v) Engineering Research and Development for Technology (Dr. Rowena Guevara, University of the Philippines, Philippines), (vi) The Experience of Engineering Education in Taiwan’s Private University of Technology (Prof. Kuen Ting,

Lunghwa University of Science and Technology, Taiwan)。57 篇口頭報告論文。與會人士約二

百人。

本次研討會之參與者大部份為菲律賓之教授及聖卡羅大學之學生，其它參與者來自美國、加拿大、日本、韓國、馬來西亞、台灣等。口頭報告後的討論相當熱烈。在 57 篇論文中有六篇是來自台灣。因菲律賓為主辦國，會中討論較多菲律賓之大學教育和研發情形，是一次很不錯的研討會經驗。

攜回資料：2008 國際工程研究研討會摘要暨活動行程

(12)

Dynamic Surface Tension/Contact Angle Measurement using a Pendant Bubble/Sessile Drop Tensiometer and Some Interesting Phenomena

Shi-Yow Lin

Chemical Engineering Department

National Taiwan University of Science and Technology Taipei, 106 Taiwan (e-mail:sylin@mail.ntust.edu.tw)

Pendant bubble/sessile drop tensiometry is found to be a useful tool for the accurate

measurement of the relaxation of surface/interfacial tension and contact angle. A video-enhanced drop tensiometer was built up in our laboratory for measuring the dynamic physical properties (surface tension, interfacial tension, and contact angle) of oil−surfactant−water solution system. The drop system creates a silhouette of a pendant bubble/drop or sessile drop, video images the

silhouette, and digitizes the image. A collimated beam with constant light intensity passes through the pendant bubble or sessile drop and forms a silhouette of a bubble or drop on a solid state video camera. The silhouette image was digitized into 480 lines x 512 pixels with a level of gray with 8- bit resolution. The edge is defined as the x or z position which corresponds to an intensity of 127.5.

The measurement error of drop tensiometer on surface tension is less than 0.1 dyne/cm and 0.2 degree on contact angle. The system is also capable for the ultra low interfacial tension

measurement, down to 10

⁻⁴

dyne/cm. On studying the dynamic behavior of tension or angle, this tensiometer can catch the dynamic data from 1/60 second to a couple of hours with temperature stability ±0.02 K.

Some examples and interesting phenomena observed by using this apparatus will be

demonstrated. They are (i) surfactant adsorption kinetics, (ii) ultra-low interfacial tension

measurement, (iii) measurement of surface tension and contact angle of melting glasses at high

temperature, (iv) cmc determination from the data of surface tension or contact angle, (v) 2-D phase

transition of soluble surfactant solution at air-water interface, (vi) surface tension measurement of a

gelatin droplet, (vii) determination of interfacial tension of a solid-liquid interface, and (viii) self-

spinning droplet.

(13)

BIO⁺ Symposium 2008

Organised by the Department of Chemical Engineering Sponsored by the Office of Research

Thursday, March 13, 2008, Rigney Hall, USC-TC

PROGRAMME

8:00 – 8:30 8:30 – 9:00

Registration Invocation

Philippine National Anthem and USC Hymn Welcome Address

Dr. Nicanor S. Buenconsejo Jr.

Dean, College of Engineering Symposium Rationale

Engr. Luis K. Cabatingan

Chair, Department of Chemical Engineering, USC

Session I

9:00 – 10:00 Keynote Lecture: Moringa Oil – A New Biodiesel Feedstock Engr. Danilo P. Manayaga

President and CEO, Secura International Corporation

10:00 – 10:30 Precipitation of Rice Bran Protein with the Aid of Polysaccharides Engr. Cynthia Fabian, MS

Department of Chemical Engineering

National Taiwan University of Science and Technology, Taipei, Taiwan 10:30 – 11:00 Break

11:00 – 11:30 Hydrolytic Activities of Plant-based Extracts Engr. Ramelito C. Agapay, MS

Department of Chemical Engineering, University of San Carlos, Cebu City 11:30 – 12:00 Antimicrobial Properties of Oil From Antocarpus doratissimus Seeds Extracted Using

Supercritical Carbon Dioxide Dr. Roberto M. Malaluan

Department of Chemical Engineering

Mindanao State University – Iligan Institute of Technology, Iligan City

Lunch break

Session II

13:30 – 14:30 Isolation and Partial Characterization of Bacteriocin-producing Microorganisms from Fermented Rootcrop-based Food Products

Dr. Julie D. Tan

Philippine Rootcrop Research and Training Center Visayas State University, Baybay City, Leyte 14:30 – 15:00 Anti-microbial Activity of Endophytic Bacillus subtilis

Engr. May V. Tampus, MS

Department of Chemical Engineering, University of San Carlos, Cebu City

15:00 – 15:30 Biofilm Growth Characteristics and C-N-P Removal in a Rotating Biological Contactor-Packed Media Technology (RBC-PMT)

Engr. Angelo H. Cabije, ManEng

Department of Chemical Engineering, University of San Carlos, Cebu City 15:30 – 15:45 Awarding of Tokens of Appreciation

Closing Remarks

Dr. Victorina H. Zosa

Director, Office of Research, University of San Carlos, Cebu City 15:45 – 16:00 Break

16:00 – 17:30 Roundtable Discussion of Collaborators

醇在純水和油在界劑水溶液中之溶解和界面混溶動態現象研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

醇在純水和油在界劑水溶液中之溶解和界面混溶動態現象 研究

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型

計 畫 編 號 ： NSC 96-2221-E-011-081-

執 行 期 間 ： 96 年 08 月 01 日至 97 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學化學工程系

計 畫 主 持 人 ： 林析右

計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：宋俊仁 博士班研究生-兼任助理人員：張耀元 博士班研究生-兼任助理人員：洪逸麟

報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文

處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中 華 民 國 98 年 02 月 09 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告

□ 期中進度報告 油滴在界劑水溶液中之界面動態現象研究

計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：NSC 96－2221－E－011－081－

執行期間：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日

計畫主持人：林析右 共同主持人：

計畫參與人員：

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

執行單位：台灣科技大學化學工程系

中 華 民 國 98 年 02 月 06 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

醇在純水和油在界劑水溶液中之溶解和界面混溶動態現象研究

計畫編號：NSC 96-2221-E-011-081

執行期限：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日 主持人：林析右 國立台灣科技大學化學工程學系 一、中文摘要

本計畫探討醇類在純水和在界劑水溶液 中之溶解和界面動態現象。其研究內容分 為兩部分： (1)醇類水溶液之溶解度；(2) 觀 察醇和油在純水及 3wt%界劑水溶液中之 可溶化行為。

醇類水溶液經三天攪拌後，靜置於25

C 之恆溫水槽中至少兩個星期。藉由肉眼觀 察，發現苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液 分別在0.48、0.75及0.03 wt%濃度時，水溶 液在液-氣表面或容器底部開始有細小油 滴形成，隨著濃度上升，油滴數目有增多 和變大趨勢。

使用懸掛氣泡法測量此三類醇水溶液之 表面張力，發現在溶液中第二相生成後，

張力仍隨著醇類濃度之上升而下降；苯甲 醇、苯乙醇、正辛醇水溶液分別在4、2.5 及0.05 wt%濃度左右，張力逐漸趨於平緩。

密度儀可量測苯甲醇水溶液中水相本體 溶液之密度。發現溶液本體之密度於第二

相生成後仍持續增加，但當濃度約為 4 wt%時，其密度逐漸趨於平緩。

在 TX-100 水溶液中，苯甲醇油滴生成狀 似由許多顆粒所堆疊成之非穩態相，而甲 苯和乙苯油滴則產生波紋般的非穩態相；

在 DTAB 水溶液中，只有苯甲醇油滴會產 生強烈波紋的非穩態相，甲苯和乙苯油滴 不會生成非穩態相；而於 TX-405 水溶液 中，苯甲醇油滴生成薄層狀的非穩態相，

流至油滴底端，並如瀑布狀流向容器底 端，而甲苯和乙苯油滴則未見非穩態相；

在純水中，其生成之非穩態相區甚薄，沿 油滴外圍流至油滴底端後，以不固定方向 流向容器底端，而甲苯和乙苯油滴並無此 現象。

界劑水溶液中形成微胞後，油滴或有機 物可溶於微胞內，此即為可溶化現象，此 現象能增加有機物在水中的溶解度。上述 可觀測到之非穩定相和相關流動行為，猜 測可能是由界劑水溶液之可溶化現象引發 而生成之相關行為。

關鍵詞：界劑、苯甲醇、苯乙醇、正辛醇、

溶解度、可溶化、密度、表面張力

This study investigates the interfacial phenomena of benzyl alcohol/surfactant/

water three components system at 25

C: (i)

This is due to the existence of surfactant micelles in water phase. This process is named solubilization. If there exist surfactant and/or co-surfactant inside the oil droplet, a spontaneous emulsification may take place.

also. Here comes a big question: Why the BA droplets appear so early (at such low concentration)?

The interfacial dynamic phenomena of oil - surfactant - water system at 25

C were studied. Five different oils (benzyl alcohol, toluene, and ethylbenzene) were added in 3 wt% aqueous surfactant solutions to investigate the interfacial dynamic phenomena. The surfactants used are DTAB, TX-100 and TX-405.

However, tiny phenethyl-alcohol droplets appears at lower concentration, ~ 0.7 wt%. A similar phenomenon on the concentration disagreement of ST break and formation of oil droplet was also observed for aqueous 1-octanol solution.

phenethyl alcohol, solubilization, surface tension, surfactant

二、前言、研究目的、文獻探討

乳液(emulsion) 是由兩（或更多）不互 溶之液相組成的一熱力學不穩定的物質系 統，通常其中一相為分散相、一為連續相。

若在上述油-水系統中加入適當的界面

活性劑，可大幅度地降低油-水界面張力，

乳液形成所需外加能量可大幅度減少，甚 至可進一步地自發生成乳液。此類乳液或 自發性乳液之生成，在農業應用、清潔劑、

藥物輸送、食品製造、潤滑油、化粧品、

奈米粒子製備、和原油探採等相關產業均 扮演著重要角色。

（ 預 先 混 合 ） 界 劑 和 共 同 界 劑 (co- surfactant)之油滴注入純水中，經由不同之 機制(mechanism)，此油滴生成或裂解成無 數奈米或微米級的細小油滴之程序。圖一 顯示一自發性乳化作用的知名範例。

本計畫的研究目的是為了探討自發性乳 化作用之機制。其機制至今仍未被釐清。

三、研究方法

本研究第一部分主要之研究方法是利 用懸掛氣泡法(pendant bubble)來量測苯甲 醇、苯乙醇、正辛醇三種醇類的動態表面 張力，及平衡界面張力γ (C)。

懸掛氣泡法：利用懸掛氣泡量測張力的 原理為懸垂液滴（如圖二）的形狀變化與 液滴內外壓差，計算界面張力。將理論之 懸垂液滴曲線與實驗上的懸垂液滴邊界 做比對，找出最適化理論曲線，即可得到 對應的界面張力值[8]。

現假設一懸垂液滴的密度較外界（另一 相）大，則懸垂液滴側面影像如圖二所示

（若懸垂液滴之密度較外界低，則需使用 反轉針頭打出液滴，側面影像為圖二之顛 倒）。本研究中所量測的皆為氣-液界面的 表面張力，因此是以反轉針頭在靜止的界

劑溶液中瞬間打出一顆氣泡，懸掛在針頭 上。

肉眼觀察：將配置好的醇類水溶液經三 天攪拌後，靜置於 25

C 之恆溫水槽中至 少兩個星期。藉由肉眼觀察，醇類水溶液 是否有第二相之生成。

藉以獲得苯甲醇水溶液中醇類之飽和濃 度。

密度儀：利用密度儀(DMA 58)來量測苯 甲醇水溶液中本體溶液之密度。由(1)式可 得到液體之密度。系統震盪頻率誤差為 ± 0.0005 g/cm

，測量範圍為 0 ~ 3 g/cm

。其

關係式如下：

(1) 其中，T 為震盪頻率(s)，c 為彈性係數，M 為 U 型 石 英 管 的 質 量 (g) ， ρ 為 密 度 (g/cm

)，V 為 U 型石英管的體積(cm

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

醇在純水和油在界劑水溶液中之溶解和界面混溶動態現象研究

計畫類別：個別型

計畫編號： NSC 96-2221-E-011-081-

執行期間： 96 年 08 月 01 日至 97 年 07 月 31 日執行單位：國立臺灣科技大學化學工程系

計畫主持人：林析右

計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理人員：宋俊仁博士班研究生-兼任助理人員：張耀元博士班研究生-兼任助理人員：洪逸麟

報告附件：出席國際會議研究心得報告及發表論文

處理方式：本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中華民國 98 年 02 月 09 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成果報告

□ 期中進度報告油滴在界劑水溶液中之界面動態現象研究

計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫計畫編號：NSC 96－2221－E－011－081－

計畫主持人：林析右共同主持人：

中華民國 98 年 02 月 06 日

執行期限：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日主持人：林析右國立台灣科技大學化學工程學系一、中文摘要

本計畫探討醇類在純水和在界劑水溶液中之溶解和界面動態現象。其研究內容分為兩部分： (1)醇類水溶液之溶解度；(2) 觀察醇和油在純水及 3wt%界劑水溶液中之可溶化行為。

C 之恆溫水槽中至少兩個星期。藉由肉眼觀察，發現苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液分別在0.48、0.75及0.03 wt%濃度時，水溶液在液-氣表面或容器底部開始有細小油滴形成，隨著濃度上升，油滴數目有增多和變大趨勢。

使用懸掛氣泡法測量此三類醇水溶液之表面張力，發現在溶液中第二相生成後，

張力仍隨著醇類濃度之上升而下降；苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液分別在4、2.5 及0.05 wt%濃度左右，張力逐漸趨於平緩。

密度儀可量測苯甲醇水溶液中水相本體溶液之密度。發現溶液本體之密度於第二

在 TX-100 水溶液中，苯甲醇油滴生成狀似由許多顆粒所堆疊成之非穩態相，而甲苯和乙苯油滴則產生波紋般的非穩態相；

在 DTAB 水溶液中，只有苯甲醇油滴會產生強烈波紋的非穩態相，甲苯和乙苯油滴不會生成非穩態相；而於 TX-405 水溶液中，苯甲醇油滴生成薄層狀的非穩態相，

流至油滴底端，並如瀑布狀流向容器底端，而甲苯和乙苯油滴則未見非穩態相；

在純水中，其生成之非穩態相區甚薄，沿油滴外圍流至油滴底端後，以不固定方向流向容器底端，而甲苯和乙苯油滴並無此現象。

界劑水溶液中形成微胞後，油滴或有機物可溶於微胞內，此即為可溶化現象，此現象能增加有機物在水中的溶解度。上述可觀測到之非穩定相和相關流動行為，猜測可能是由界劑水溶液之可溶化現象引發而生成之相關行為。

乳液(emulsion) 是由兩（或更多）不互溶之液相組成的一熱力學不穩定的物質系統，通常其中一相為分散相、一為連續相。

乳液形成所需外加能量可大幅度減少，甚至可進一步地自發生成乳液。此類乳液或自發性乳液之生成，在農業應用、清潔劑、

奈米粒子製備、和原油探採等相關產業均扮演著重要角色。

（預先混合）界劑和共同界劑 (co- surfactant)之油滴注入純水中，經由不同之機制(mechanism)，此油滴生成或裂解成無數奈米或微米級的細小油滴之程序。圖一顯示一自發性乳化作用的知名範例。

本計畫的研究目的是為了探討自發性乳化作用之機制。其機制至今仍未被釐清。

本研究第一部分主要之研究方法是利用懸掛氣泡法(pendant bubble)來量測苯甲醇、苯乙醇、正辛醇三種醇類的動態表面張力，及平衡界面張力γ (C)。

懸掛氣泡法：利用懸掛氣泡量測張力的原理為懸垂液滴（如圖二）的形狀變化與液滴內外壓差，計算界面張力。將理論之懸垂液滴曲線與實驗上的懸垂液滴邊界做比對，找出最適化理論曲線，即可得到對應的界面張力值[8]。

現假設一懸垂液滴的密度較外界（另一相）大，則懸垂液滴側面影像如圖二所示

（若懸垂液滴之密度較外界低，則需使用反轉針頭打出液滴，側面影像為圖二之顛倒）。本研究中所量測的皆為氣-液界面的表面張力，因此是以反轉針頭在靜止的界

劑溶液中瞬間打出一顆氣泡，懸掛在針頭上。

肉眼觀察：將配置好的醇類水溶液經三天攪拌後，靜置於 25

C 之恆溫水槽中至少兩個星期。藉由肉眼觀察，醇類水溶液是否有第二相之生成。

藉以獲得苯甲醇水溶液中醇類之飽和濃度。

密度儀：利用密度儀(DMA 58)來量測苯甲醇水溶液中本體溶液之密度。由(1)式可得到液體之密度。系統震盪頻率誤差為 ± 0.0005 g/cm

(1) 其中，T 為震盪頻率(s)，c 為彈性係數，M 為 U 型石英管的質量 (g) ， ρ 為密度 (g/cm

種液體(B)表面上擴展能力的參數，可由兩液體各自的表面張力(γ

)與兩者間的界面張力(γ

≧0時，液體A將在液體B因為潤溼的作用而擴展，若S

<0，液體A將會因張力關係而縮成球狀，如圖四所示。兩液體各自的表面張力(γ

)與兩者間的界面張力(γ

) 則由懸掛/垂氣泡/液滴影像數位化測量儀所測得。

苯甲醇、苯乙醇、正辛醇水溶液經三天攪拌後，靜置於25

油滴數目有增多和變大趨勢。正辛醇水溶液在0.03 wt%濃度時，水溶液在液-氣表面或有細小油滴形成，如圖七所示。隨著濃度上升，油滴有變大之趨勢。

UV 光譜儀可測得溶液之苯官能基之吸收波峰。藉 UV 可測得苯甲醇水溶液中醇類之濃度。由圖九之測量結果顯示當苯甲醇水溶液中第二相開始生成時(C > 0.48

wt%)，水相中苯甲醇含量仍隨著苯甲醇添加量之上升而增加；濃度大於 4 wt%後，

亦即該系統物性在出現第二相(過飽和)後皆應相同。但由張力、 UV 及密度之實驗結果可知其行為並非如此，故這之間的現象是值得進一步探討。

第二部份以自行組裝懸掛/垂氣泡/液滴影像數位化測量儀並搭配數位相機來探討 (i) 油滴於水溶液中非穩態相流紋產生的現象；(ii) 固著油滴於氣液界面的現象。

C 下，油相為甲苯、乙苯、苯甲醇，水相為 3 wt%

TX100、3 wt% DTAB、3 wt% TX405 水溶液及純水等進行探討。