一种开关型泡沫的制备方法
【专利摘要】一种CO2/N2开关型泡沫的制备方法，属于胶体与界面化学领域。这种开关型泡沫由未经任何改性的纳米二氧化硅颗粒和一类开关型双亲化合物共同稳定。其中纳米二氧化硅颗粒的原生粒径为20-200nm，使用浓度为0.1％～2.0％(以水相为基准)，开关型双亲化合物为N’-长链烷基-N，N-二甲基乙脒类物质，其长链烷基总碳原子数为8到18，可以是直链或支链、饱和或不饱和、含有或不含有苯环的烷基，使用浓度小于其临界胶束浓度(以水相为基准)。这种开关型泡沫属于Pickering泡沫，具有超稳定性，通入氮气(N2)或空气可以导致消泡，而通入二氧化碳(CO2)则能使发泡剂恢复活性，又能形成稳定的Pickering泡沫。该泡沫因此具有开关性。
【专利说明】一种开关型泡沬的制备方法
【技术领域】
[0001]一种co2/n2开关型泡沫的制备方法，属于胶体与界面化学【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，开关型双亲化合物引起了人们的广泛关注。这种双亲化合物可以在“活性”和“非活性”两种形式之间可逆互换，因此不仅可以人为地控制其表面活性，而且在使用后易于从体系中分离、回收和重复使用，是一种绿色环保型化学品。触发开关的“扳机”包括温度、电化学、光化学、以及co2/n2等方案。其中电化学方案依赖于添加化学物质如酸、碱、氧化剂、还原剂等，易于对应用体系带来伤害；而光化学方案则易于受到体系如乳状液不透光的影响；相对而言，通入co2/n2气体的方案对体系和环境安全，适应性更广。
[0003]乳状液和泡沫是表面活性剂的两个重要应用体系。在许多场合，例如原油的乳化输送、乳液聚合、泡沫浮选等领域，人们期望它们开始时稳定，而在完成某个使命后变得不稳定，从而简化体系的处理，有利于减少乳化/发泡剂的用量，或者使其能循环使用。为此近年来开关型乳状液和开关型泡沫应运而生，吸引了广大研究者的注意。
[0004]然而对乳状液和泡沫而言,用双亲化合物或表面活性剂稳定的乳状液和泡沫属于热力学不稳定体系，即它们仅具有有限的的动态稳定性。近年来人们发现，具有双亲性的纳米颗粒也能吸附到油/水界面或水/空气界面，从而稳定乳状液和泡沫。这种由颗粒稳定的乳状液和泡沫被称为Pickering乳状液和Pickering泡沫。由于颗粒在界面的吸附几乎是不可逆的，即易于吸附、难以脱附，因此Pickering乳状液和Pickering泡沫具有超稳定性。
[0005]所谓双亲颗粒是指颗粒表面能同时部分地被水润湿，部分地被油/空气润湿。然而一般的无机纳米颗粒如纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等往往亲水性过强，亲油性过弱，因而表面活性较差，单独使用时不易在油/水界面或水/空气界面聚集，因而不能获得稳定的Pickering乳状液或Pickering泡沫。要使它们具有表面活性，通常需要进行表面改性以提高其亲油性。另一方面，无机纳米颗粒在水介质中往往是带电的，如果介质中存在微量的带相反电荷的离子型双亲化合物，则其将通过静电作用吸附到颗粒/水界面，在颗粒表面形成以头基朝向颗粒表面、烷基链朝向水的单分子层，从而显著提高颗粒的亲油性，即使颗粒具有表面活性。这一过程被称为原位(in situ)表面活性化，所需的离子型双亲化合物的浓度远小于其临界胶束浓度(cmc)，而双亲化合物的表面活性可以很差，例如烷基链长< Cltl,它们单独使用时不能稳定乳状液或泡沫。
[0006]如果离子型双亲化合物具有开关性，则只有当其处于活性(离子型)状态时才能吸附到颗粒/水界面，而处于非离子或中性状态时则不能在颗粒/水界面吸附。于是这种开关性能就能被转移到颗粒上，相应地可以获得具有开关型的表面活性纳米颗粒，从而可用于制备开关型Pickering乳状液和Pickering泡沫。
[0007]在201310260158.8(申请号)中我们提出了一种开关型复合乳化剂。在本发明中我们提出这种复合物也可用于制备开关型泡沫。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种以C02/N2为扳机的开关型Pickering泡沫的制备方法。一方面形成的泡沫具有超稳定性，另一方面当泡沫无需继续保持稳定时，仅需向发泡液中通入N2或空气即可使发泡剂失活导致消泡，而如果要使体系恢复发泡能力，仅需再向发泡液中通入CO2气体即可。
[0009]本发明的技术方案:一种C02/N2开关型泡沫的制备方法，该开关型泡沫由未经任何改性的纳米二氧化硅颗粒和一类开关型双亲化合物共同稳定。
[0010]纳米二氧化硅颗粒的原生粒径为20-200nm，在水相中的使用浓度为0.1 %~
2.0%。
[0011]开关型双亲化合物为具有下列结构的N’ -长链烷基-N，N-二甲基乙脒类物质，其中长链烷基(R)总碳原子数为8到18，更好的是10到16，可以是直链的或支链的、饱和的或不饱和的、含有或不含有苯环的烷基。下图示意了这种开关型双亲化合物的开关原理:反应式左边的脒为非活性形式，以S(Off)-Admidine表示；在冰浴(0_5°C )温度下S(Off)-Admidine在水介质中结合CO2，转变为碳酸氢盐，成为一种阳离子(活性形式)双亲化合物，如反应式右边所示，以S (on)-Admidinium表示。如果在65°C下通入N2或空气，则碳酸氢根被除去，S (on) -Admidinium还原为脒,失去表面活性。再于冰浴温度下通入CO2气体，则脒又转变为碳酸氢盐，成为阳离子双亲化合物，恢复其表面活性。
【权利要求】
1.一种co2/n2开关型泡沫的制备方法，其特征是该开关型泡沫由未经任何改性的纳米二氧化硅颗粒和一类开关型双亲化合物共同稳定。 其中未经任何改性的纳米二氧化硅颗粒的原生粒径为20-200nm，以水相为基准的使用浓度(质量分数)为0.开关型双亲化合物为N’-长链烷基-N，N-二甲基乙脒类物质:
此类物质打开后，即在水介质中结合二氧化碳(CO2),变成碳酸氢盐，是一种阳离子型表面活性剂或双亲化合物(S(on)-Admidinium)，具有表面活性；但关闭后，即在水介质中鼓入氮气(N2)或空气，又转变为中性的脒类物质(S(OfT)-Admidine),不具有表面活性。此种开关型双亲化合物的长链烷基总碳原子数为8到18，可以是直链的或支链的、饱和的或不饱和的、含有或不含有苯环的烷基。开关型双亲化合物的使用浓度一般不超过其临界胶束浓度，通常在lX10_6mol L-1~lX10_2mol L-1 (以水相为基准)范围内。
2.根据权利要求1中所述的泡沫，属于开关型Pickering泡沫，在打开状态下该泡沫具有超稳定性；在关闭状态下，即在65°C下向发泡液中通入N2或空气，可导致发泡剂失活和消泡；再于冰浴温度(0_5°C )下向发泡液中通入CO2，又可使发泡剂恢复活性，即重新打开泡沫，形成稳定的Pickering泡沫。
【文档编号】B01J13/00GK104069781SQ201410280418
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】崔正刚, 朱玥, 蒋建中, 裴晓梅, 宋冰蕾 申请人:江南大学