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領域取得突破性研究進展，連續在Angew.Chem.Int.Ed.上發表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/分散體系和實現表面活性劑的循環利用具有重要意義。然而現有的智能表面活性劑在結構上類似于常規表面活性劑，一般以親水的頭基作為響應基團，通過環境刺激使其在親水和疏水兩種狀態之間可逆轉變。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，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同作用穩定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，從而可助于實現節能減排的綠色化學發展目標。

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.%)納米氧化鋁顆粒協同穩定的新型(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定性和流動性。如何使乳狀液同時具備高穩定性、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同作用，用于制備穩定性、粘度、液滴粒徑智能可調的乳狀液，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.%)協同穩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