近期，江南大學蔣建中-崔正剛科研團隊在新型智能表面活性劑設計開發(fā)領域取得突破性研究進展，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建刺激-響應性自組裝/分散體系和實現(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構上類似于常規(guī)表面活性劑，一般以親水的頭基作為響應基團，通過環(huán)境刺激使其在親水和疏水兩種狀態(tài)之間可逆轉變。其缺點是，在油-水體系中，失活后的表面活性劑將轉移到油相，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。

課題組在新的結構設計中(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,5235,第一作者裴曉梅副教授，圖1)將叔胺基團連接到常規(guī)季銨鹽陽離子表面活性劑的疏水基一側，當其為非極性或弱極性狀態(tài)時，整個分子呈雙親結構，顯示出高表面活性，但當叔胺基團呈極性狀態(tài)時，整個分子呈Bola型結構，表面活性顯著降低，尤其是乳化性能喪失。無論是單獨作為乳化劑，還是與無機納米顆粒協(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-響應性，并且在乳狀液破乳后，單獨或者與納米顆粒一起從界面轉移到水相，并且可以重復使用，從而可助于實現(xiàn)節(jié)能減排的綠色化學發(fā)展目標。

圖1新型智能型表面活性劑(N+-16-N)的結構和pH-響應原理及其(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響應性(每次乳化用新油，水相重復使用)。

由于不同應用領域對乳狀液的性能要求各異，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穩(wěn)定，在過程結束后需要快速破乳，此外應用于切削液和油品管線輸送的乳狀液需要保持高穩(wěn)定性和流動性。如何使乳狀液同時具備高穩(wěn)定性、高流動性且易于破乳，從而能滿足不同應用領域的多元化需求，仍是一個挑戰(zhàn)性難題。

針對上述問題，在另一項研究中(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,11793,圖2)，課題組設計了一種頭基電荷可智能轉變的表面活性劑，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構轉變。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類型之間可逆轉換，并可以實現(xiàn)快速破乳和相分離，為乳狀液滿足不同應用領域（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變型表面活性劑(DMUa)的結構及其(0.5mM)與納米二氧化硅(0.1wt.%)協(xié)同穩(wěn)定的乳狀液的微結構及pH-響應性。(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基金(21872064,21573096)和江南大學一流學科建設重大創(chuàng)新項目(JUFSTR20180201)等的資助。

來源：江南大學

論文鏈接：

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

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