光控可逆转相的Pickering乳液设计及开关机理研究

Many industrial applications that rely on emulsions would benefit from an efficient, rapid method of breaking these emulsions at a specific desired stage. Using nanoparticles as emulsifier to prepare emulsions (Pickering emulsions) is superior to the using of conventional surfactants in the reduction of emulsifier consumption, human toxicity and environmental pollution. In this project, novel switchable Pickering emulsions based on a light trigger is proposed by stabilizing with switchable surface-active nanoparticles. Aimed at establishing principles for active control over the physicochemical properties of interfaces using photosensitive nanoparticles, the fundamental research on the reversible process of stabilization, coalescence, collapse, separation and phase inversion of the Pickering emulsions will be carried out. In addition, strategies used to better regulate the light-induced interface and the switchable performance of Pickering emulsions will be developed in micro-nano scale, based on the design of the particle microstructure, the interface particles arrangement and the multiple emulsions. This project will provide new principles for the manipulation of emulsions and liquids in a non-invasive way, and will promote the advance of nanotechnology at interface science fields.

许多工业依赖于乳液，并且受益于一个在想要的特定阶段能有效破乳的方法。与表面活性剂稳定的临时乳液相比，纳米颗粒稳定的Pickering乳液具有乳化剂用量少可回收，对人体毒害和对环境污染小，稳定性好等显著优势。本项目提出并设计一种基于表面活性颗粒稳定的非介入式光控可逆转相Pickering乳液开关。构建体系平台，从乳液的稳定、聚并、破乳、相分离和转相基本规律入手，揭示光响应颗粒激活控制乳液界面物理化学性质从而引起乳液可逆循环转变的规律。在此基础上，分别从颗粒微结构、界面微结构和复乳微结构三个层次，探索在微纳米尺度上调控光致Pickering乳液界面性质及开关特性的机制，建立相应理论模型。项目的开展有望提供新的原理操纵乳液和流体，对于推动纳米技术在界面领域的前进具有一定的科学及实际意义。

寻找在一定阶段形成稳定乳液，另一阶段破乳分相，且乳化剂可回收利用的体系，已成为目前乳液工业的挑战。为满足这一需求，可逆转变型乳化剂稳定的临时乳液应运而生，在许多工业应用场合扮演重要角色。然而，在实际应用中，往往要求体系的组成和热动力学状态不变，仅原位调控乳化剂性质，引起乳液发生相变化。鉴于此，本项目提出并设计一种基于表面活性颗粒稳定的非介入式光控可逆转相Pickering乳液体系，从研究乳液的稳定、聚并、破乳、相分离和转相的基本规律入手，揭示光刺激响应颗粒控制乳液界面物理化学性质从而引起乳液可逆循环转变的规律。参照项目计划书，完成了预定内容，达到了预期目标。完成研究任务要点如下：（1）提出并设计一种光致可逆转相的Pickering乳液新体系，研究光驱动油包水乳液→相分离→水包油乳液→相分离→油包水乳液的可逆循环过程机理。（2）在Pickering乳液控制释放方面，研究了光触发的Pickering乳液按需释放方式，以模型药物评价乳液的包封和释放行为，分别研究了颗粒乳化剂表面性质和浓度，光照波长和强度等因素对乳液不稳机理的影响。（3）将Fe3O4和TiO2两种不同表面性质纳米颗粒协同组装到乳液界面，构建了光-磁双响应的乳液微反应器，克服了微化工反应难以从外部有效控制其反应开关的局限，为定时定点地触发化学反应提供了新的策略。以上研究成果有望在节能环保乳液应用，药物控制释放，功能材料制备和精细化学品合成等领域得到广泛应用。在本基金项目的资助下，项目负责人及项目组成员发表SCI论文4篇（ACS Applied Materials & Interfaces 2015, Langmuir 2016, ACS Macro letters 2017, Langmuir 2017），发表EI论文2篇，中文核心期刊论文3篇；获授权国家发明专利3项；在项目执行期间，参加国际学术会议4次，国内学术会议2次，并作邀请报告；培养硕士研究生4名。