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