制備個人護理應用方面的噴霧產品對于配方師來說是個很大的挑戰。產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量在目標區域上的沉積，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(小液滴可能會導致吸入口中)，也可能造成噴射產品的效能降低。

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準:1.最合適的液滴尺寸分布，確保在目標區域上的最大沉積和附著，而且無漂移現象;2.在目標區域表面的良好涂布性和膚感。以上兩個標準要求表面活性劑在氣/液界面迅速吸附(降低動力學表面張力)。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生漂移。

噴霧液滴的形成原理

在噴射過程中，液體被壓經噴嘴，并在靜力學壓力下形成液滴。高于某個靜力學壓力值，液體通過噴嘴形成連續噴射，而后分散成小液滴。這個連續噴射，而后分散成小液滴的過程是受到表面壓力的結果。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。

動態表面張力與粒徑的關系

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，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。

許多體系的動態表面張力和時間對數的曲線可分為4個階段：誘導區、表面張力快速下降區、介平衡區和平衡區。在誘導區，由于吸附在界面層上的助劑質量濃度太低，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；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；足夠長的時間后當表面吸附達到飽和體系進入動態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，表現為各溶液體系間動態表面活性的差異。

從線性相關性關系的角度上來說，時間指標越小，動態表面張力與霧滴指標之間的關系越傾向于線性狀態，可以通過測試表面活性劑體系的動態表面張力來優化霧滴尺寸和粒徑。傳統意義上采用靜態表面張力為指標研究霧滴形成的方式并不合理，在有關噴霧的實踐工作過程當中，選取動態表面張力作為研究指標有著更為顯著的優勢。

圖2.動態表面吸附曲線圖

動態表面張力與粒徑關系的示例

圖3.不同表面活性劑溶液的動態表面張力曲線

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，可以通過控制動態表面張力來優化霧滴的粒徑，張力在一定時間內下降的越快，霧滴粒徑越細膩。為了避免霧滴尺寸過小而產生霧滴的漂移，可以將表面活性劑的張力調控在一定范圍。

在實際生產中，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。本文僅討論了動態表面張力的改變對噴霧粒徑的影響，期望能為配方設計工作者提供合適的思路。