[发明专利]一种以pH为触发机制的刺激‑响应性表面活性颗粒

说明书

技术领域

一种以pH为触发机制的刺激-响应性表面活性颗粒，属于胶体与界面化学领域。

背景技术

乳化和破乳在日常生活领域和工业及技术领域都非常重要。例如，一些产品如食品、化妆品、农药制剂等本身就是乳状液，要求保持稳定，而另一方面，一些乳状液例如原油乳状液则不希望其稳定，并要求快速破乳。还有一些场合，希望乳状液保持暂时稳定，即在一定的时间段内保持稳定，然后要求破乳。例如在乳液聚合中，在聚合阶段要求乳状液保持稳定，但在聚合反应完成后，则要求乳状液迅速破乳，以便顺利收集产品；在乳化原油输送过程中，原油乳状液要保持稳定，但到达目的地后要求破乳，这就催生了一种新型乳状液：开关性乳状液或刺激-响应性乳状液。这里开关性乳状液和刺激-响应性乳状液的区别是，前者在开、关循环后能可逆地回到原来的状态，而后者则不能完全可逆地回到原来的状态，例如在循环过程中需要不断地向体系中加入其它物质。

开关性或刺激-响应性乳状液的形成有赖于开关性或刺激-响应性乳化剂的研发。通常乳状液是用表面活性剂或聚合物稳定的，因此为了获得开关性或刺激-响应性乳状液，人们致力于开关性或刺激-响应性表面活性剂的研发。近年来已经陆续出现了多种开关性或刺激-响应性表面活性剂，触发机制包括pH，温度，氧化-还原，光，磁，以及CO₂/N₂等，以pH为触发机制的聚合物也有报道。然而由表面活性剂或聚合物稳定的乳状液属于热力学不稳定体系，稳定性较差，并且表面活性剂的使用浓度相对较高，一般要大于其临界胶束浓度(cmc)。

近年来，表面活性颗粒引起了人们的注意，它们能够吸附在油/水界面或空气/水界面，形成排列紧密的颗粒膜，阻止液珠或气泡的聚结。这种由表面活性颗粒稳定的乳状液和泡沫被称为Pickering乳状液和Pickering泡沫，一般具有超稳定性，能够保持长期稳定。当然，另一方面它们的破乳或消泡也比较困难。因此，制备具有开关性或刺激-响应性的Pickering乳状液和Pickering泡沫就具有重要的理论意义和应用价值。显然这有赖于开发具有开关性或刺激-响应性的表面活性颗粒。

近年来研究人员已经开发出一系列具有开关性或刺激-响应性的胶体颗粒，其触发机制包括pH、温度、氧化-还原、光、磁、CO₂/N₂等。然而这类胶体颗粒大多为功能高分子颗粒，其合成或制备较为复杂。

在先前的研究中我们发现，普通无机纳米颗粒可以通过原位疏水化作用而变成表面活性颗粒，从而可用于稳定Pickering乳状液(ZL200710025992.3)，其原理是无机纳米颗粒在水介质中通常是带电的，例如二氧化硅颗粒在水介质中表面带负电荷，因而能够通过静电作用吸附带相反电荷的离子型双亲化合物(其中烷基链长为C₁₂～C₁₈的双亲化合物习惯上被称为表面活性剂)，双亲化合物以带电的头基朝向颗粒表面、烷基链朝向水，在颗粒表面形成单分子层，从而显著提高颗粒表面的疏水性，即使得原本强烈亲水(无表面活性)的无机纳米颗粒变成部分亲水、部分亲油的双亲性颗粒，从而具有表面活性，能够吸附到油/水界面或水/空气界面。在此基础上，我们发现，如果让纳米二氧化硅颗粒吸附一种开关性阳离子表面活性剂，例如一种具有CO₂/N₂触发机制的烷基脒碳酸氢盐表面活性剂，则表面活性剂的开关可以被转移到颗粒上，使二氧化硅颗粒变成具有开关性的表面活性剂颗粒，从而可用于制备开关性Pickering乳状液(ZL 201310260158.8)和泡沫，而开关性表面活性剂的使用浓度仅需(0.01～1.0)cmc。

然而CO₂/N₂开关性表面活性剂的制备仍较为复杂，并且这种CO₂/N₂开关性表面活性颗粒的触发条件较为苛刻。