亲二氧化碳碳氢聚合物类表面活性剂的合成及应用研究

Condense or supercritical carbon dioxide (LCO2 or scCO2) has emerged as a more environmental friendly alternative to traditional solvents because of its non-toxic, non-flammable, inexpensive and natural abundance benefits. However, CO2 is so feeble solvent that most of polymers and polar masses are difficult to dissolve in it, which limits its applications. An alternative to solve this problem is to design and synthesize various kinds of surfactants to expand the scope of its applications. So in this project, a series of hydrocarbon-based surfactants with different topology structures including linear, AOT, tri-chain, Germini surfactants will be synthesized, and the corresponding solubility and emulsifying capacity will be measured. The relations between solubility and emulsifying capacity of surfactants will also be correlated. According to the above results, the suitable surfactants will be used to prepare CO2-in-water (C/W) or water-in-CO2 (W/C) emulsions or micro-emulsions, and the factors influencing the stability of emulsions will be also investigated. Finally, using C/W or W/C emulsions/micro-emulsions, monolithic materials or nano-materials will be prepared by emulsion-templating method or inverse-solusion method. This project will lay an important foundation for the practical application of CO2/H2O emulsions or microemulsions.

液态或超临界态二氧化碳无毒、不易燃烧、价格低廉、来源丰富，是一种公认的绿色溶剂，可用来代替部分有机溶剂的使用，但却是一种弱溶剂，以致大部分物质不能溶解。解决这一问题的方法之一是设计合成各种表面活性剂，以扩大其应用的范围。本项目的主要目的是设计合成具有不同拓扑结构的新型亲二氧化碳离子型/非离子型碳氢类表面活性剂，其结构包括线性、AOT型、三支链型、双子型、三亲型（亲水/亲油/亲二氧化碳）等，然后测这些表面活性剂在CO2中的溶解性能及在CO2/H2O体系中的乳化性能，找出这两者之间的联系。然后利用所合成的表面活性剂，制备CO2-in-Water（C/W）型，或Water-in-CO2（W/C）型乳液/微乳液，并研究影响乳液稳定性的因素。最后利用C/W或W/C乳液/微乳液，采用乳液模板法或反相溶液法制备大孔材料或纳米材料，并探索其应用。本项目将为CO2/H2O乳液/微乳液的实际应用奠定基础。

二氧化碳（CO2）因其无毒、不易燃烧、价格低廉、易液化等特点，是一种公认的绿色溶剂，CO2已广泛用于食品、药品、石油天然气的开采等领域，CO2如能代替有机溶剂使用，则可以大幅度的减少环境污染。而CO2是一种弱溶剂，大部分的极性物质尤其是高分子量的物质在其中不能溶解，这是限制CO2广泛使用的一个重要因素。解决这一问题的方法就是设计合成一系列的表面活性剂或稳定剂，以解决这些极性物质在CO2中的分散问题。本项目从三个角度设计合成了三类具有不同结构的碳氢类表面活性剂，并研究了其乳化活性。. 首先，设计合成了一系列以硫酸钠为亲水基团，以多支链聚乙酸乙烯酯为亲CO2基团的两亲型表面活性剂，结果显示，二支链类表面活性剂（分子量<5000）能够快速乳化水/CO2体系，并能形成内相体积为80%的高内相乳液；三支链体系由于端基含硫量较高，乳化效果较差。. 其次，设计合成了以硫酸钠为亲水基团，以聚乙酸乙烯酯为亲CO2基团的双子型表面活性剂，该类表面活性剂在亲CO2部分分子量较小时，压力30MPa的条件下，能够形成CO2包水（W/C）型反相乳液，并能够稳定 3min，并且在不断搅拌下，能够保持乳化状态。该种乳液具有粘度低、渗透能力强的特点，适合于物质的萃取分离、纳米材料的制备等方面。 . 最后，采用含有部分乙酰基团的聚乙烯醇为表面活性剂，采用水包CO2高内相乳液模板聚合法，成功制备了淀粉基、葡萄糖基、麦芽糖基大孔材料。该类材料具有丰富的开孔结构，且具有较高的生物相容性，非常适用于组织工程领域。