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江南大學(xué)在新型智能表面活性劑設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域取得突破性研究進(jìn)展

來源:江南大學(xué) 瀏覽 1014 次 發(fā)布時(shí)間:2021-11-09

近期,江南大學(xué)蔣建中-崔正剛科研團(tuán)隊(duì)在新型智能表面活性劑設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域取得突破性研究進(jìn)展,連續(xù)在Angew.Chem.Int.Ed.上發(fā)表2篇研究論文:“Behavior of smart surfactants in stabilizing pH-responsive emulsions,Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,5235-5239(通訊作者崔正剛教授和B.P.Binks教授)”和“Charge-reversible surfactant-induced transformation between oil-in-dispersion emulsions and Pickering emulsions,Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,11793-11798(通訊作者蔣建中教授和B.P.Binks教授)”。

智能表面活性劑對(duì)于構(gòu)建刺激-響應(yīng)性自組裝/分散體系和實(shí)現(xiàn)表面活性劑的循環(huán)利用具有重要意義。然而現(xiàn)有的智能表面活性劑在結(jié)構(gòu)上類似于常規(guī)表面活性劑,一般以親水的頭基作為響應(yīng)基團(tuán),通過環(huán)境刺激使其在親水和疏水兩種狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)變。其缺點(diǎn)是,在油-水體系中,失活后的表面活性劑將轉(zhuǎn)移到油相,一方面影響油相的純度和性質(zhì),另一方面給回收和再利用帶來障礙。


課題組在新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,5235,第一作者裴曉梅副教授,圖1)將叔胺基團(tuán)連接到常規(guī)季銨鹽陽離子表面活性劑的疏水基一側(cè),當(dāng)其為非極性或弱極性狀態(tài)時(shí),整個(gè)分子呈雙親結(jié)構(gòu),顯示出高表面活性,但當(dāng)叔胺基團(tuán)呈極性狀態(tài)時(shí),整個(gè)分子呈Bola型結(jié)構(gòu),表面活性顯著降低,尤其是乳化性能喪失。無論是單獨(dú)作為乳化劑,還是與無機(jī)納米顆粒協(xié)同作用穩(wěn)定O/W型Pickering乳狀液和oil-in-dispersion乳狀液,都能賦予乳狀液刺激-響應(yīng)性,并且在乳狀液破乳后,單獨(dú)或者與納米顆粒一起從界面轉(zhuǎn)移到水相,并且可以重復(fù)使用,從而可助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的綠色化學(xué)發(fā)展目標(biāo)。

圖1新型智能型表面活性劑(N+-16-N)的結(jié)構(gòu)和pH-響應(yīng)原理及其(0.06mM)與微量(0.01wt.%)納米氧化鋁顆粒協(xié)同穩(wěn)定的新型(oil-in-dispersion)乳狀液的pH響應(yīng)性(每次乳化用新油,水相重復(fù)使用)。


由于不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θ闋钜旱男阅芤蟾鳟?,例如食品和化妝品乳狀液一般期望其保持長期穩(wěn)定,而用于乳液聚合、兩相催化、油品乳化輸送的乳狀液僅需保持暫時(shí)穩(wěn)定,在過程結(jié)束后需要快速破乳,此外應(yīng)用于切削液和油品管線輸送的乳狀液需要保持高穩(wěn)定性和流動(dòng)性。如何使乳狀液同時(shí)具備高穩(wěn)定性、高流動(dòng)性且易于破乳,從而能滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的多元化需求,仍是一個(gè)挑戰(zhàn)性難題。


針對(duì)上述問題,在另一項(xiàng)研究中(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,11793,圖2),課題組設(shè)計(jì)了一種頭基電荷可智能轉(zhuǎn)變的表面活性劑,即在不同pH下能夠發(fā)生從陽離子型到陰離子型或兩性型表面活性劑的可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。該表面活性劑可以與納米顆粒協(xié)同作用,用于制備穩(wěn)定性、粘度、液滴粒徑智能可調(diào)的乳狀液,即乳狀液可以在oil-in-dispersion類型和Pickering類型之間可逆轉(zhuǎn)換,并可以實(shí)現(xiàn)快速破乳和相分離,為乳狀液滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域(如兩相催化、乳液聚合、油品乳化輸送等)的多元化需求提供了一種簡便通用的解決方法。



圖2新型頭基電荷可逆轉(zhuǎn)變型表面活性劑(DMUa)的結(jié)構(gòu)及其(0.5mM)與納米二氧化硅(0.1wt.%)協(xié)同穩(wěn)定的乳狀液的微結(jié)構(gòu)及pH-響應(yīng)性。(a)和(d)oil-in-dispersion乳狀液,(b)和(e)大油滴Pickering乳狀液,(c)和(f)小油滴Pickering乳狀液


上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金(21872064,21573096)和江南大學(xué)一流學(xué)科建設(shè)重大創(chuàng)新項(xiàng)目(JUFSTR20180201)等的資助。


來源:江南大學(xué)


論文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013443

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102098