- 江南大學(xué)蔣建中團(tuán)隊(duì)在智能型表面活性劑方面的重要研究成果
- 發(fā)布日期：2022-11-23
近期，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院蔣建中教授團(tuán)隊(duì)在智能型表面活性劑的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)等方面取得突破性進(jìn)展，在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表重要學(xué)術(shù)論文：“Charge Density Overcomes Steric Hindrance of Ferrocene Surfactant in Switchable Oil-in-Dispersion Emulsions(Angew. Chem. Int. Ed.2022, e202210050,https://doi.org/10.1002/anie.202210050)”，碩士研究生劉蕓姍、張豪杰、博士研究生張婉晴為論文的共同第一作者，江南大學(xué)崔正剛教授和英國(guó)Hull大學(xué)Bernard P.Binks教授為共同作者，蔣建中教授為論文通訊作者。
表面活性劑在日用化工、紡織、石油開(kāi)采等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其對(duì)于穩(wěn)定乳狀液、泡沫等膠體分散體系具有重要作用，然而這種穩(wěn)定作用很大程度上取決于表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)。例如當(dāng)表面活性劑頭基附近含有較大的剛性基團(tuán)時(shí)，由于空間位阻效應(yīng)，它們?cè)诮缑嫔现荒苄纬膳帕惺杷傻膯畏肿訉樱词乖诟邼舛认乱膊荒芊€(wěn)定乳狀液或者泡沫。如何克服位阻效應(yīng)，使其能在低濃度下也能穩(wěn)定乳狀液是一個(gè)挑戰(zhàn)性課題。
該課題組發(fā)現(xiàn)一種含有二茂鐵基團(tuán)的“空間位阻”表面活性劑(FcN+C12)，其結(jié)構(gòu)能在單頭單尾型(FcN+C12)和雙頭單尾型(氧化態(tài)，F(xiàn)c+N+C12)間可逆轉(zhuǎn)變，其頭基附近的二茂鐵基團(tuán)令該類(lèi)表面活性劑在油/水界面上排列疏松，高濃度時(shí)仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)乳狀液的穩(wěn)定。但在微量納米氧化鋁顆粒的協(xié)同作用下，F(xiàn)c+N+C12能在較低的濃度下穩(wěn)定oil-in-dispersion乳狀液，從而構(gòu)建了氧化-還原響應(yīng)的智能型乳狀液。另一方面，通過(guò)改變體系的pH可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)oil-in-dispersion乳狀液與Pickering乳狀液的可逆轉(zhuǎn)變。
作者發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)c+N+C12與納米氧化鋁顆粒的濃度分別低至1×10-4mM和0.001 wt.%時(shí)即可穩(wěn)定oil-in-dispersion乳狀液，甚至可以形成高內(nèi)相乳狀液(HPIEs)。相比其他HPIEs，該體系具有乳化劑用量低、粘度小等優(yōu)點(diǎn)。
作者進(jìn)一步探討了相關(guān)的作用機(jī)理。氧化后的二茂鐵基團(tuán)增加了油滴表面的電荷密度，使油滴的界面電勢(shì)(j°)大幅提高，從而顯著增加了油滴之間以及油滴和顆粒之間的雙電層排斥作用，而相互排斥的納米顆粒分散于連續(xù)相中，構(gòu)建了較厚的界面膜，顯著降低了油滴間的范德華引力作用。在上述因素的綜合作用，F(xiàn)c+N+C12足以穩(wěn)定oil-in-dispersion乳狀液。
鑒于該乳狀液能在oil-in-dispersion和Pickering類(lèi)型間可逆轉(zhuǎn)換，作者成功將其應(yīng)用于聚合物微球的制備，分別得到具有光滑表面或嵌有顆粒的草莓狀聚合物微球。本文為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)適用于oil-in-dispersion乳狀液的智能表面活性劑提供了新的思路，相關(guān)技術(shù)在乳液聚合、多相催化以及油品乳化運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
