可逆结构转变!智能型表面活性剂取得突破性研究进展!

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  • 来源:新材料网

近期,江南大学蒋建中-崔正刚科研团队在新型智能表面活性剂设计开发领域取得突破性研究进展,连续在Angew. Chem. Int. Ed.上发表2篇研究论文:“Behavior of smart surfactants in stabilizing pH-responsive emulsions,Angew. Chem. Int. Ed.2021, 60, 5235-5239(通讯作者崔正刚教授和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(通讯作者蒋建中教授和B.P. Binks教授)”。

智能表面活性剂对于构建刺激-响应性自组装/分散体系和实现表面活性剂的循环利用具有重要意义。然而现有的智能表面活性剂在结构上类似于常规表面活性剂,一般以亲水的头基作为响应基团,通过环境刺激使其在亲水和疏水两种状态之间可逆转变。其缺点是,在油-水体系中,失活后的表面活性剂将转移到油相,一方面影响油相的纯度和性质,另一方面给回收和再利用带来障碍。

课题组在新的结构设计中(Angew. Chem. Int. Ed.2021, 60, 5235,第一作者裴晓梅副教授,图1)将叔胺基团连接到常规季铵盐阳离子表面活性剂的疏水基一侧

当其为非极性或弱极性状态时,整个分子呈双亲结构,显示出高表面活性,但当叔胺基团呈极性状态时,整个分子呈Bola型结构,表面活性显著降低,尤其是乳化性能丧失。无论是单独作为乳化剂,还是与无机纳米颗粒协同作用稳定O/W型Pickering乳状液和oil-in-dispersion乳状液,都能赋予乳状液刺激-响应性,并且在乳状液破乳后,单独或者与纳米颗粒一起从界面转移到水相,并且可以重复使用,从而可助于实现节能减排的绿色化学发展目标。

由于不同应用领域对乳状液的性能要求各异,例如食品和化妆品乳状液一般期望其保持长期稳定,而用于乳液聚合、两相催化、油品乳化输送的乳状液仅需保持暂时稳定,在过程结束后需要快速破乳,此外应用于切削液和油品管线输送的乳状液需要保持高稳定性和流动性。如何使乳状液同时具备高稳定性、高流动性且易于破乳,从而能满足不同应用领域的多元化需求,仍是一个挑战性难题。

针对上述问题,在另一项研究中(Angew. Chem. Int. Ed.2021,60, 11793,图2),课题组设计了一种头基电荷可智能转变的表面活性剂,即在不同pH下能够发生从阳离子型到阴离子型或两性型表面活性剂的可逆结构转变。该表面活性剂可以与纳米颗粒协同作用,用于制备稳定性、粘度、液滴粒径智能可调的乳状液,即乳状液可以在oil-in-dispersion类型和Pickering类型之间可逆转换,并可以实现快速破乳和相分离,为乳状液满足不同应用领域(如两相催化、乳液聚合、油品乳化输送等)的多元化需求提供了一种简便通用的解决方法

上述研究工作得到了国家自然科学基金(21872064,21573096)和江南大学一流学科建设重大创新项目(JUFSTR20180201)等的资助。