可控pH响应型木质素基Pickering乳液的制备及稳定机理

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木质素是一种天然的三维网络状的高分子聚合物,具有紫外吸收、抗氧化等特性,是可被利用的最丰富绿色资源之一。来自碱法制浆工业的碱木质素以苯丙烷单体为疏水骨架,含有亲水性官能团如羧基和酚羟基,具有阴离子高分子表面活性剂结构特征,已被开发作为乳化剂稳定Pickering乳液。然而,目前研究中所使用的木质素分子仅含有弱亲水性官能团,水溶性差、团聚严重,所制备的乳液p H响应性和耐盐性较差,p H响应范围无法调控。这极大限制了其在药物控释、油回收、乳液聚合等领域的广泛应用。无机纳米颗粒具有刚性、尺寸稳定性及热稳定性等优点,常作为Pickering乳液的乳化剂,但由于大部分无机颗粒表面含有大量的羟基,亲水性过强,易团聚,难以形成稳定及响应性灵敏的乳液。因此,需要对颗粒表面进行疏水化改性。本论文首先对碱木质素进行季铵化改性,合成等电点可控的两性木质素(AML),以提高木质素的吸附性能和p H响应性。基于静电相互作用,将AML分别与小分子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、无机氧化物Si O2、Ti O2复合,作为乳化剂协同制备稳定性更高、p H稳定范围可控、响应性更灵敏的Pickering乳液。通过核磁共振氢谱(1H NMR)、红外光谱(FT-IR)及Zeta电位等分析手段,研究AML与导向剂之间的相互作用。通过显微镜、流变仪、分散稳定系数(TSI)等分析手段,系统地研究了形成乳液的最佳条件与乳液稳定性。通过吸附动力学、Zeta电位、石英微晶天平(QCM-D)、原子力显微镜(AFM)及三相接触角探究AML与导向剂之间的吸附作用及形成的复合物的界面活性,以揭示Pickering乳液的p H响应稳定机理。主要的结论如下:(1)选择等电点为4.2的两性木质素(AML1)与少量阴离子小分子表面活性剂SDBS通过静电作用复合,制备在酸性条件下稳定的Pickering乳液。当p H<3时,SDBS与AML1通过静电作用结合,将团簇状的聚集态AML1剥离成尺寸较小的片状结构,使形成的AML1@SDBS复合物的界面活性增大,制备出稳定的O/W型Pickering乳液。当p H>3时,AML1和SDBS之间存在静电斥力,AML1分子表面吸附的SDBS的量较少,独立存在的AML1与SDBS在油/水界面处的活性较低,形成的乳液不稳定。通过交替添加酸或碱,乳液可在乳化和破乳之间循环至少4次。当体系中无机盐浓度增加至0.4 M,乳液仍然保持稳定,说明乳液具有良好的耐盐稳定性。(2)将AML1作为Si O2纳米颗粒的原位疏水化改性剂,两者通过静电作用形成的复合物可备出仅在p H 3-4范围内稳定的O/W型Pickering乳液。当3

1通过静电相互作用吸附在Si O2表面,提高Si O2颗粒的界面活性,形成稳定的乳液。当p H值高于4时,AML1与Si O2之间存在强烈的静电排斥作用,只有少量的AML1吸附在Si O2表面,部分Si O2颗粒太亲水而不能制备稳定的乳液。通过交替添加酸或碱,乳液可在乳化和破乳之间循环至少5次。当体系中无机盐浓度高达1M,乳液仍然保持稳定,说明乳液具有优异的耐盐稳定性。(3)利用等电点为7.5的两性木质素(AML2)与两性氧化物Ti O2通过静电作用复合,制备的O/W型Pickering乳液具有双重p H响应性。该乳液在6

2与Ti O2通过吸附作用结合,Ti O2的表面活性提高,形成稳定的乳液。在酸性和碱性条件下,AML2和Ti O2之间存在强烈的静电斥力,单独的Ti O2纳米颗粒亲水性太高,无法稳定于油水界面形成稳定的乳液。通过交替添加酸或碱,乳液能在乳化与破乳状态之间循环至少7次。当体系中无机盐浓度高达1 M,乳液仍然保持稳定,说明乳液具有优异的耐盐稳定性。

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