表面活性劑在日用化工、紡織、石油開采等領(lǐng)域有廣泛的應用，其對于穩(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)。例如當表面活性劑頭基附近含有較大的剛性基團時，由于空間位阻效應，它們在界面上只能形成排列疏松的單分子層，即使在高濃度下也不能穩(wěn)定乳狀液或者泡沫。如何克服位阻效應，使其能在低濃度下也能穩(wěn)定乳狀液是一個挑戰(zhàn)性課題。
近日，江南大學化學與材料工程學院蔣建中教授團隊發(fā)現(xiàn)一種含有二茂鐵基團的“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令該類表面活性劑在油/水界面上排列疏松，高濃度時仍無法實現(xiàn)乳狀液的穩(wěn)定。但在微量納米氧化鋁顆粒(表面帶正電荷)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-還原響應的智能型乳狀液。另一方面，通過改變體系的pH可以進一步實現(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1×10-4 mM和 0.001 wt.%時即可穩(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。 作者進一步探討了相關(guān)的作用機理。氧化后的二茂鐵基團增加了油滴表面的電荷密度，使油滴的界面電勢(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類型間可逆轉(zhuǎn)換，作者成功將其應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)計和開發(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輸?shù)阮I(lǐng)域具有潛在的應用價值。 論文信息 Charge Density Overcomes Steric Hindrance of Ferrocene Surfactant in Switchable Oil-in-Dispersion Emulsions Yunshan Liu, Haojie Zhang, Wanqing Zhang, Bernard Binks, Zhenggang Cui, and Jianzhong Jiang 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，江南大學崔正剛教授和英國Hull大學Bernard P. Binks教授為共同作者，蔣建中教授為論文通訊作者，感謝國家自然科學基金(21872064、21573096、21473080)和江蘇省青藍工程中青年學術(shù)帶頭人等項目對本工作的資助。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202210050
