高羧基含量纤维素纳米纤稳定山茶油Pickering乳液的卓越稳定性研究

针对未改性纳米纤维素基Pickering乳液稳定性差的难题，研究人员通过NaIO4-TEMPO两步氧化法制备高羧基含量纤维素纳米纤（PT-CNFs），并用于构建山茶油Pickering乳液。结果表明，PT-CNFs（羧基含量2.1 mmol/g）所稳定的乳液液滴粒径小（3.2 μm）、ζ电位高，30天内乳化指数保持>90%，稳定性显著优于化妆品常用稳定剂HEC。该研究为化妆品领域提供了绿色高效的新型乳液稳定方案。

　　

论文解读

在化妆品领域，传统乳液依赖化学乳化剂存在潜在生物毒性，而Pickering乳液以固体颗粒稳定界面的特性展现出巨大优势。然而，未经改性的纳米纤维素（CNF）因其长径比过大、功能基团不足，难以形成稳定乳液。更棘手的是，现有研究多采用十六烷等模型油相，与化妆品实际应用的天然植物油存在性能差异。山茶油作为富含不饱和脂肪酸（油酸>75%）的"东方橄榄油"，虽具有抗氧化、抗炎等功效，但其高活性成分对乳液稳定性提出更高要求。

为突破这些瓶颈，广州某研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表研究，通过NaIO₄-TEMPO两步氧化法制备高羧基含量纤维素纳米纤（PT-CNFs），并创新性地以山茶油为油相构建Pickering乳液。研究采用超声乳化-高压均质联用技术，通过ζ电位、乳化指数（CI）和液滴粒径等多维度评价体系，揭示了羧基含量对乳液稳定性的调控机制。

关键技术方法
研究以漂白硬木浆（BHKP）为原料，通过NaIO₄选择性氧化C₂-C₃位羟基生成醛基，再经TEMPO氧化将醛基转化为羧基，获得PT-CNFs。通过FT-IR、XPS验证羧基引入，AFM测定纳米纤尺寸（长442.6 nm/宽59.9 nm）。乳液制备采用40:60油水比，0.7 wt% PT-CNFs浓度，先后经超声处理（400 W, 5 min）和高压均质（80 MPa, 3次循环）。

研究结果

1. PT-CNFs特性分析
   羧基含量达2.1 mmol/g，产率52.9%。氧化过程使纤维素分子链断裂，形成更短纳米纤，其高负电荷（-58.3 mV）增强界面吸附能力。

2. 乳液稳定性验证
   PT-CNFs乳液液滴粒径（3.2 μm）仅为HEC乳液的1/4，4℃储存30天后CI仍>90%。ζ电位（-42.1 mV）表明静电排斥作用显著，AFM显示纳米纤在油滴表面形成致密三维网络。

3. 稳定机制阐释
   高羧基含量赋予PT-CNFs两亲性，使其在油水界面定向排列；短纤维尺寸（相比天然CNF）实现>80%界面覆盖率；纳米纤相互缠结形成空间位阻，宏观表现为粘度提升。

结论与意义
该研究首次将高羧基化CNF与山茶油结合，创制出兼具高稳定性和生物相容性的Pickering乳液体系。PT-CNFs通过化学改性（羧基引入）和物理调控（尺寸优化）双重策略，实现了"界面吸附-静电排斥-空间阻隔"三重稳定机制协同作用。相比传统HEC稳定剂，PT-CNFs乳液在化妆品应用场景中展现出更优的长期稳定性，为天然植物油脂在功效型化妆品中的应用提供了新范式。研究不仅拓展了纳米纤维素在化妆品领域的应用边界，也为绿色乳液稳定剂的设计提供了理论依据。