碳量子点对烯基琥珀酸酐Pickering乳液的协同稳定、示踪与性能调控

Alkenyl succinic anhydride (ASA) is a reactive sizing agent commonly used in neutral/alkaline papermaking to impart water resistance to paper. By tailoring appropriate particle size and functional groups, stable ASA Pickering emulsion with photoluminescence were stabilized by carbon dots and laponite nanoparticle. The controllable particulate capsule shield can be prepared to providing ASA with activity, hydrolysis resistance and photoluminescence. Wettability and aggregation of the carbon dots modified laponite particles can be controlled by tailoring the particle size and surface groups of carbon dots. Both the particle adsorption and film building of fluorescent particles on the surfaces of ASA Pickering emulsion and the spreading of ASA on the fiber surfaces are investigated. Through analyzing the fluorescence trace of particles, the stabilization mechanism of carbon dots and laponite on the oil-water surfaces and the sizing spreading on the fiber surfaces can be clarified. This will provide a mechanism foundation for developing environment-friendly paper size emulsions with high sizing efficiency and enrich the theories of colloid and interface science.

烯基琥珀酸酐（ASA）是一种反应活性高、易水解的造纸施胶剂，以乳液形式应用。本项目利用碳量子点与锂皂石一起乳化制备光致荧光ASA Pickering乳液，旨在利用碳量子点的荧光性、粒子性和所含功能基团，与锂皂石作用，为ASA提供可控的囊壁，保持其活性、减少其水解，并赋予其荧光性。通过对碳量子点大小、表面基团的调控及由此对锂皂石润湿性和聚集形式的调节，研究ASA Pickering乳液表面荧光颗粒的吸附与膜构筑、光致荧光ASA Pickering乳液在纤维表面的施胶铺展与疏水性能；通过荧光示踪阐明碳量子点和锂皂石固体颗粒在油水界面处的稳定作用机理，揭示ASA在纤维表面的施胶铺展机制，缓和ASA的水解，以最终提高ASA的施胶性能，为低碳、高效、清洁造纸化学品乳剂的制备及机理研究提供理论支撑，并丰富胶体与界面化学内容。

传统有机表面活性剂乳化的ASA造纸施胶剂存在乳化剂用量大、能耗高、水解导致降低施胶效率等问题，为解决这种问题，本项目利用荧光碳量子点（CDs）与锂皂石一起乳化制备光致荧光ASA胶粒体（Pickering乳液），研究ASA Pickering乳液表面荧光颗粒的吸附与膜构筑、光致荧光ASA胶粒体在纤维表面的施胶铺展与疏水性能；通过荧光示踪研究碳量子点和锂皂石固体颗粒在油水界面处的稳定作用机理，揭示ASA在纤维表面的施胶铺展机制，缓和ASA的水解，提高ASA的施胶性能。研究发现，尿素和柠檬酸钠制备的碳量子点的粒径分布均一，具有多层氮化碳层结构，表面带负电荷,良好的负电斥力和单分散性使其在水中具有优异的分散性和稳定性。红外光谱分析表明所制备的荧光碳量子点表面富羟基、羧基和胺基，并且改变尿素和柠檬酸盐的配比可以自由调节各基团的数量。荧光碳量子点在365nm激发波长下发出明亮的绿色荧光； CDs和锂皂石通过表面基团的氢键结合而复合。锂皂石的添加不会对CDs及复合颗粒产生荧光淬灭性，这对Pickering乳液的乳化和稳定、及界面颗粒和乳液的荧光示踪具有良好的促进作用。锂皂石@碳量子点复配颗粒的亲水性随着碳量子点用量的增大呈现出先升高后降低的趋势，在量子点用量为20%~40%时，复合颗粒呈现出亲油性。复合颗粒对液体石蜡和ASA的乳化效果明显增强，并且随着CDs用量的增大，乳液体积分数先增大后降低，乳液稳定性先升高后下降；复合颗粒润湿性进一步提高，有利于稳定乳液的形成，而用量高于60%后，亲油性过高，导致乳液粒径增大、稳定性变差并析出水相。CDs用量相对于锂皂石为12%~35%时，乳液稳定性最佳。随着CDs用量的提高，复合颗粒乳化的ASA乳液施胶纸张施胶度先升高后降低，相比锂皂石单独乳化的ASA乳液的水解稳定性明显要高，施胶度变化更稳定，乳液水解稳定性也更好。研究结果为Pickering乳液的制备和稳定机理的研究提供一种新颖的方法，丰富Pickering乳液理论研究的内容，为发展绿色低碳造纸乳液类化学品提供理论依据，并丰富了胶体与界面化学内容。.