基于叔胺和氧化胺的CO_2响应型Pickering乳液的构筑

作者
郭爽;
摘要
由胶体颗粒稳定的Pickering乳液是一种软物质材料,在食品加工、化妆品配方、采油、涂料等诸多领域发挥着重要作用。与小分子表面活性剂稳定的传统乳液相比,Pickering乳液只需要少量的传统乳化剂(甚至为零)。并且,由于胶体颗粒在油水界面上的吸附几乎是不可逆的,因此Pickering乳液具有较高的稳定性。但是,高稳定性的乳液往往只在应用中的某个阶段是需要的,而在随后的阶段则需要其快速破乳。刺激响应型乳液为这一问题提供了解决方案,乳液的稳定性可以通过微小的外部刺激进行智能控制。近年来,利用CO_2作为触发剂,将Pickering乳液在“开”(稳定)和“关”(不稳定)的状态间进行转换引起了研究者们相当大的兴趣。本文分别基于N,N-二甲基-N-十二烷基叔胺(C_(12)A)、11-苄基硒-N,N-二甲基十一烷基-1-胺(SeTA)和十四烷基酰胺丙基氧化胺(C_(14)PAO)在二氧化硅纳米颗粒表面的可控吸附,实现了颗粒的非共价键疏水改性,获得了界面活性可调控的二氧化硅纳米颗粒,进而构筑了三个CO_2响应型Pickering乳液体系。通过在宏观和微观层面对乳液稳定性的观察,探究了乳液的CO_2响应性能;通过Zeta电位、接触角、吸附等温线及乳液液滴表面SiO_2的吸附量的测定,阐述了乳液形成及其响应机理。具体研究结果如下:1、利用廉价易得的商品化C_(12)A实现了对亲水性二氧化硅纳米颗粒的可控疏水改性,从而构筑得到了CO_2响应型高内相Pickering乳液。在温和条件(35 ~oC,40mL·min~(-1))下交替鼓入CO_2和N_2,C_(12)A即可在阳离子和非离子形式之间实现可逆转换,进而吸附或者脱附于纳米二氧化硅颗粒的表面。因此,鼓入CO_2后界面活性颗粒形成,此时可构筑得到稳定的乳液;鼓入N_2则破坏了颗粒的界面活性,因而乳液破乳。由于质子化的C_(12)A在颗粒表面的非常规吸附,只要高于临界浓度,在C_(12)A全浓度范围内均可构筑得到稳定的Pickering乳液,即使在Zeta电位为零时也不会中断。该方法可用于构筑高内相Pickering乳液,且适用于多种不同的油相,具有较高的应用价值。2、基于SeTA疏水改性的二氧化硅纳米颗粒首次构筑得到了CO_2和氧化还原双响应型Pickering乳液。SeTA分子结构中叔胺基团提供了CO_2响应性,而硒原子提供了氧化还原响应位点。鼓入CO_2,SeTA质子化为带正电荷的阳离子(SeTA-CO_2),从而通过静电作用吸附于二氧化硅表面,赋予二氧化硅颗粒两亲性,使其吸附于油水界面稳定乳液;向乳液中鼓入N_2后,SeTA-CO_2转变为不带电的SeTA,从颗粒表面脱附,使其失去两亲性,乳液随之破乳。另外,加入H_2O_2后,疏水的硒醚转变为亲水的硒亚砜,导致SeTA-Ox可以通过硒亚砜的氢键作用吸附在二氧化硅颗粒表面,形成界面活性颗粒,稳定乳液;加入还原剂Na_2SO_3,氢键作用随着硒亚砜向硒醚的转变而消失,破坏了颗粒的界面活性,乳液也因此破乳。但是,在CO_2的氛围下,氧化剂的加入只能改变乳液的粒径,而不能实现破乳。这些有趣而独特的多响应行为赋予了该Pickering乳液智能调控乳化和破乳以及液滴大小的能力。3、基于C_(14)PAO疏水改性的纳米二氧化硅颗粒构筑得到一个新的CO_2开关型Pickering乳液。在30°C下,以40 mL·min~(-1)的流速向体系中交替鼓入CO_2和N_2时,C_(14)PAO可逆地在阳离子和非离子形式之间转换,进而在颗粒表面发生吸附(形成界面活性颗粒)或脱附(破坏界面活性颗粒)。这些界面活性颗粒可以吸附在油滴表面,稳定乳液(CO_2);而颗粒的界面活性被破坏后,从油滴表面脱附,随之发生破乳(N_2)。经多次开关后,Pickering乳液无论是宏观外观还是微观尺寸都没有发生明显变化。此外,该CO_2响应型Pickering乳化剂在去除原有油相后,再加入新油相即可重复利用,且理论上可以多次重复使用。它为油品运输提供了一个绿色、高效、可回收的策略。这种策略也同样适用于其他氧化胺表面活性剂。
关键词/主题词
Pickering乳液;CO_2响应;叔胺;氧化胺;智能调控
页数
91
出版日期
2019-06-01
学位授予单位
江南大学
学位年度
2019
学位
硕士
导师
张永民
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