羧酸盐Gemini表面活性剂合成及性能
新型阴离子Gemini表面活性剂与DTAB的相互作用
Chenmical Intermediate2013年第02期18科研开发引言不同于传统表面活性剂由单亲水基和单亲油基组成的双亲结构，Gemini 表面活性剂是将两个两亲成分，在其头基或靠近头基处由联接基团通过化学键连接在一起而形成的一类新型表面活性剂。
Gemini 表面活性剂的优异性能在学术和工业研究上引起了广泛的关注[1]。
和传统表面活性剂相比，Gemini 表面活性剂拥有更低的临界胶束浓度（CMC ），更好的钙皂分散性和润湿性能[2]。
在许多实际应用中，配方中的表面活性剂都是包含不同化合物的混合物。
表面活性剂的混合体系，尤其是阴离子/阴离子、阴离子/阳离子和阴离子/非离子复配体系，由于显示了有效的协同作用，无论是在实际还是理论观点上都拥有很大的价值。
最近几年，包含Gemini 和传统表面活性剂的混合体系受到了很大的关注[3]。
关于阴离子Gemini 表面活性剂，尤其是复配方面的报道比较少。
尽管一些阴离子Gemini 表面活性剂，例新型阴离子Gemini 表面活性剂与DTAB 的相互作用如，二羧酸根阴离子二聚物[4]，二磷酸盐二聚物[5]，硫酸盐和磺酸盐[6]，已经合成出来了，但是还没有足够的数据建立它们的结构和性能之间的关系。
关于Gemini 表面活性剂和单体相互作用的研究，大多集中于阳离子Gemini 表面活性剂和单体表面活性剂[7-8]。
本文研究了35℃时阴离子Gemini 表面活性剂XC8和传统阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵（DTAB ）在水溶液中的分子相互作用，并且探索了它们之间的协同作用。
1实验1.1材料与仪器阴离子G emini 表面活性剂XC8，实验室自制；十二烷基三甲基溴化铵（DTAB ），百灵威科技有限公司。
申长念胡志勇（中北大学化工与环境学院山西太原030051）摘要：利用K100表面张力仪测试新型阴离子G emini 表面活性剂（XC8）与传统阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵（D TAB ）复配体系的表面张力，研究了35℃时复配体系的相互作用。
羧酸盐双子表面活性剂的合成与表征
摘 要 ： 以苯二胺 、 顺丁烯二酸 酐、 溴代烷和氢 氧化钠为原 料， 通过开环 、 卤代和中和反应 得到羧酸盐双 子表面活性剂 ． 产物
结构经 Ｆ Ｉ 、 Ｎ 表征为目标产物． Ｔ Ｒ 。 ＭＲ Ｈ
关 键 词 ： 双子表面活性剂 ；羧酸盐；合成 ；表征
中图 分 类 号 ：Ｔ ４３ Ｑ ２
３ ６． ７
２ 结 构 表 征
２１ 中间体 ａ ．
中 间体 ａ Ｆ Ｉ（ Ｂ） 谱 分 析 结 果： ００ ０ 的 ＴＲＫ ｒ 光 ３ ８． ６
ｃ 、 ２ ． ｍ ｍ～ ３０５８ ｃ 为 芳 环 上 的 Ｃ Ｈ伸 缩 振 动 ： ３ — １ 一 与烯 烃 的不饱 和 Ｃ Ｈ伸 缩振 动 ，７０６ ｍ。 羰基 ～ ｌ ０． ｃ 为 ９ 的 伸 缩 振 动 ， ６５６ ｍ一 １５４３ ｍ １５ １１ ｌ ２．８ｃ 、 ５．４ｃ 一、 １． ４ ｃ 为芳 环 的 骨 架 振 动 （ ） ４ ．３ｃ 芳 环 上 的 ｍ １ ， ９０ ｍ 为 ， ８
作者简介 ：邢凤 兰（９ ９ ） 黑龙江密 山人， １５ 一， 女， 教授， 主要从事精细化学 品合成及性能研究
５ 期
邢凤 兰 ， ： 等 羧酸盐双子表面活性剂 的合成 与表征
１ ９
ａ８６ 碳 酸钾 、５ｍＬＤ 、０ｍＬ乙醇 ， 热 至 ６ ． １ ＭＦ ３ 加 Ｏ℃
Ｈ ＮＭＲ光 谱 结 果 ￣（ ０ＭＨｚ ＭＳ — １ ． （ Ｈ ０ ， Ｏ ｄ） ３０ ｓ ４ Ｄ ： ５，
收 稿 日期 ：２ １— ９ Ｏ ０ １０ 一 ８ 基 金 项 目 ：黑 龙 江 省 教 育 厅 ２ １ 年 度 科 学 技 术 研 究 项 目（２ １５ ９ ０１ １５ １８ １
颈磨 口烧 瓶 中， 次加 人 ｎＪ 丁烯 二 酸酐）ｎ苯 二 依 （ ｌ ￣ ：（ 胺 ）２ １催 化 剂 （７ ＝ ：、 ４ ％的 三氟 化 硼 乙 醚）．％（ 原 料 ０２ 对
表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文
表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文摘要：表面活性剂在石油工程的油气钻井、开采及储运中均有很广泛的应用。
综述了表面活性剂在石油工程中的研究及应用现状，由于国内一些大型油气藏已到开采后期，油田采收率较低，利用表面活性剂可以提高采收率。
高分子类型的表面活性剂既能提高波及系数，又能提高洗油效率，是很好的驱油助剂。
目前不少油田在开采低渗透油藏以及页岩油气藏，压裂液助剂的开发研究是现在及将来的一个研究热点。
关键词：表面活性剂；石油工程；应用；研究表面活性劑是一类分子由极性的亲水部分和非极性的亲油部分组成的，少量存在即能显著降低溶剂表面张力的物质。
它们广泛用于日常生活[1，2]，以及石油工程。
例如，在油气钻井工作中可以用作钻井液的杀菌剂、缓蚀剂、起泡剂、消泡剂、解卡剂、乳化剂等；在油气开采作业中可以用作黏土稳定剂、驱油剂、清防蜡、酸压助剂（可用于乳化酸、泡沫酸，成胶和破胶、助排剂等）；在油气田地面工程中可以用作减阻剂、破乳剂、杀菌剂、絮凝剂等，于浩洋等[3-6]对其在油田中的主要应用及其作用机理进行过归纳。
目前国内一些大型油藏已到开发后期，原油采收率较低，可以采用化学驱进行驱油。
例如，大庆油田的碱-表面活性剂-聚合物（ASP）三元复合驱为大庆油田的增产和稳产作出了巨大贡献[7]。
对低孔低渗的油气藏如目前国内外热门的页岩油/气藏的开采则多用压裂工艺，其中关键的化学剂常用到表面活性剂[8-11]。
根据表面活性剂在水中起活性作用的亲水基团来进行分类，可以将其分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型及特种类型（包括含氟和含硅、Gemini、Bola及生物表面活性剂等）表面活性剂。
现根据其类型对其在石油工程尤其是在低孔低渗油气藏中的研究及应用现状进行综述，以供我国页岩油/气藏开采技术的研究人员作参考。
1普通表面活性剂的研究及应用1.1阴离子型在水中起活性作用的部分为离子的表面活性剂。
羧酸盐型双子表面活性剂合成研究进展
２ ： Ｘ ： － Ｆ Ｏ Ｃ Ｈ ２ Ｃ Ｈ ２ 十 ０ 一
图 １ 羧酸盐双子表面活性剂的结构式
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｘ ｙ ｌ ａ ｔ ｅ ｇ ｅ ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ｃａ ｒ ｂ ｏ ｘ ｙ ｌ ａ ｔ ｅ Ｇｅ ｍｉ ｎｉ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅｒ ａ ｂｌ ｅ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｂｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｕ ｎｉ ｑｕ ｅ ｐ ｈｙ ｓ ｉ —
关键词 ： 羧酸盐表面活性剂 ； Ｇ ｅ ｍ ｉ ｎ ｉ 表面活性剂 ； 合成
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｑ ４ ２ ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｚ ＨＡＮ Ｇ Ｓ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｘ ｙ ｌ ａ ｔ ｅ ｇ ｅ ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ
乙二 醇二 缩水 甘 油 醚 ， 与脂 肪 醇 聚氧 乙烯醚 发 生 开 环 反应 ， 然 后 羟基 羧 甲基 化 制备 出具 有 阴 一非 离 子
张 爽
（ 大庆炼化公司 质量检验与环保监测中心 。 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ４１ １ ）
摘Байду номын сангаас
要 ：羧酸盐双子表 面活性剂 因其具有独特 的物理化 学性 能及 易生物降解等特性而广受 国内外 学者
关注 。本文主要对 羧酸盐双子表面活性剂分子的疏水链 、 亲水基及联接基团的键合方式进行 了概述 。
新型羧酸盐Gemini表面活性剂的合成及表面活性
科Hale Waihona Puke 学技术与
工
程
⑥
Ｖｏ．１１ Ｎｏ ９ Ｍ ａ ２０１ １ ． Ｌ １
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
了 比较 。
１ 实验部分
１ １ 试 剂与 仪器 ．
Ｇ ｍ ｎ 表面 活性剂 的研究 。 目前 ， ｅ ｎ 表 面活 性 ｅ ｉｉ Ｇ ｍｉ ｉ
剂 的合 成及 应 用 性 能研 究 正 成 为 国 内外 表 面 和 胶 体化 学领 域 的热 点 ， 中研 究 多 集 中 于 阳离 子 型 其
２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｆ ０ １ ｅ Ｔ ｅ． ｎｎ ．
化 工技 术
新 型 羧 酸 盐 Ｇｅ ｎ 表 面 活 性 剂 的 ｍｉｉ 合 成 及 表 面 活 性
李 杰 佟 威 陈巧 梅 吴 文祥
（ 东北 石 油 大 学 化 学 化 工学 院 ， 石油 工程 学 院 ， 庆 １３ １ ） 大 ６ ３ ８
于传 统表 面活 性剂 与 高分 子 表 面活 性 剂 之 间 ， 的 它
出现填补 了两者 之 间 的空 白 ， 被誉 为新 一 代 的 表 面 活性 剂 ［ 。 。１７ 年 ， ｕ ｔｎ等 人 首次 合 成 了季 铵 １ ］ ９ １ Ｂ ｎｏ ＿ 盐 型 Ｇ ｍｉ 表 面活 性 剂 ， 将 其 用 作 相 转 移 催 化 ｅ ｎ ｉ 并 剂 ［ 。１９ ４ ９ １年 ， ｎｅ【 合成 了 以刚 性基 团联接 两 ３ Ｍｅ ｇｒ ５ 个离 子头基 的双 烷烃 链 表 面 活性 剂 ， 将其 命 名 为 并 Ｇ ｍ ｎ 表 面 活 性 剂 （ 文 学 上 ， 为 双 子 星 座 ） ｅ ｉｉ 天 意 。
双子表面活性剂
? 非离子型——一般是从糖类化合物衍生而来 ? 两性离子双子表面活性剂
根据疏水链的种类 不同可分为 碳氢型和碳氟型 Gemini 表面活性剂
2019/11/28
4
阳离子Gemini表面活性剂
? 阳离子型Gemini 表面活性剂
最重要的是含氮的表面活性剂。目前对阳离子型双子表 面活性剂研究较多也是含氮原子的，而且主要是 季胺盐 型表面活性剂。
2019/11/28
9
Gemini 表面活性剂的性质
? 更易吸附在气／液表面，从而更有效地降低水 的表面张力
Gemini 表面活性剂分子含有两条疏水链，疏水性 强，而且Gemini 表面活性剂分子中的连接基通过 化学键将两个亲水基连接起来，削弱了亲水基间 的静电斥力及其水化层间的斥力，促进了 Gemini 表面活性剂分子在水溶液表面的吸附和在水溶液 中的自聚，从而导致其具有很高的表面吸附能力 和聚集体形成能力。
二聚体羧酸盐阴离子 Gemini 表面活性剂
非离子Gemini表面活性剂
? 近年来，阳离子Gemini 表 面活性剂和阴离子Gemini
表面活性剂研究较多，而 非离子Gemini 表面活性剂 研究的相对较少。
C10H21CHCH2O(EO)n H O
? 右图是以十二酸为原料制 备的一种非离子 Gemini 表 面活性剂
?分子中含有两个疏水链、两个亲水头和一个柔 或刚性连接基。
?常见的连接基： 聚亚甲基、聚氧乙烯基等柔性 基及芳基等刚性基团或杂原子等。
可以是亲水性的，也可以是疏水性的。
2019/11/28
3
Gemini 表面活性剂的类型
根据 亲水头基 的性质，双子表面活性剂可分为：
Gemini表面活性剂的研究进展
回归方程为： lgCMC= -4.462-0.016PNSA-1+7.844ABIC1+1.705XY
R2=0.9142，F=67.45，s2=0.2080
PNSA-1为电子描述符，即原子表面域部分 电荷，反应分子疏水部分表面所带电荷的 分布情况； ABIC1为拓扑描述符，即平均化学键信息常 数，是一种表征分子结构的指数； XY为几何描述符，是分子在XY坐标面内的 投影，体现分子大小和分子的形状。
李在均等将“Berger”法优化为“一步法”工艺路线， 李在均等将“Berger”法优化为“一步法”工艺路线，减少了 法优化为 Berger”法中繁冗的分离提纯工艺 法中繁冗的分离提纯工艺。 “Berger”法中繁冗的分离提纯工艺。
“Berger”法优点 “Berger”法优点
合成路线工艺条件简单，芳烃的烷基化和磺化一步完成； 合成路线工艺条件简单，芳烃的烷基化和磺化一步完成； 无需使用催化剂； 无需使用催化剂； 原料来源广泛，价格便宜适合工业化生产； 原料来源广泛，价格便宜适合工业化生产； 产物的磺酸基直接连在烷基链一端而不是在芳环上, 产物的磺酸基直接连在烷基链一端而不是在芳环上, 生物 降解能力强； 降解能力强； 芳环还能提供较多的反应位置, 芳环还能提供较多的反应位置, 可方便地合成多取代芳基 烷基化合物。 烷基化合物。
2009首届中国日化青年科技沙龙 首届中国日化青年科技沙龙
磺酸盐/硫酸酯盐Gemini表面活 性剂的研究进展
报告人：郭春伟 2009年10月 19 日
Gemini 表面活性剂研究背景 研究进展 定量构性关系指导分子设计 应用
离子 头基
联接 基团 长疏 水链
Gemini在天文学上意思为双子星座。
Gemini 表面活性剂研究背景
表面活性剂与界面现象
报告人：
界面现象在自然界普遍存在
界面现象在自然界普遍存在
界面现象在生产生活中应用广泛
活性炭吸附溶液中的杂质； 油田开发：强化采油（三次采油）； 日用品中的冰淇淋、牛奶、啤酒、雨衣等.
界面和表面
界面： 物质的两相之间密切接触的过渡区称为界面。 约为几个分子厚度的薄层。
表面： 两相中一相为气体时的界面通常称为表面。
边长l /m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面aS /（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
纳米和纳米材料
达到纳米级的超细微粒具有巨大的比表面积， 从而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相 催化方面的研究热点。
O(C2H4O)yH
(4)多元醇OH 型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物
Span类 及 Tween类表面活性剂即属此类 具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验
常用表面活性剂
Gemini表面活性剂
在Gemini表面活性剂中,两个离子头基是靠联接基团通过化 学键而连接的,由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的 连接,致使其碳氢链间更容易产生强相互作用,即加强了碳氢链间 的疏水结合力,而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被 大大削弱这就是 Gemini 表面活性剂和单链单头基表面活性剂相 比较,具有高表面活性的根本原因。
俗称平平加系列，具良好湿润性能
(2)烷基酚聚氧乙烯醚 RT-w(Ce6eHn 4)-O(CO2H4O)nH O
Sp俗an称 OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强O C R
【2017年整理】表面活性剂的合成
Chapter 7表面活性剂的合成7.1阴离子表面活性剂的合成 一．阴离子表面活性剂的分类 1.羧酸盐型（-COOH ） 代表： C17H35COONa硬脂酸钠R-CON-CH 2COONaCH 3N-甲基酰胺羧酸盐R-CO-NCONnR R COONa雷米邦2.磺酸盐型（－SO 3Na ） 代表：SO 3Na烷基苯磺酸盐3Na 烷基磺酸盐2SO 3Naa －烯基磺酸钠C 17H 33CONCH 2CH 2SO 3NaCH 3N －甲基油酰胺牛磺酸钠NaO 3S-CH-COORCH-COOR琥珀酸磺酸盐3.硫酸酯盐型（－OSO 3Na ） 代表：OSO 3Na脂肪醇硫酸钠2CH 2On脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠4.磷酸酯盐型（－OPO 3Na ）二、磺酸基的引入方法 1.烷基苯磺酸盐2SO4SO 3SO 3H2.烷基磺酸盐⑴磺氯化工艺（氯磺化工艺）Cl 2RSO 2ClRSO 2ClRSO 3该反应属自由基反应，机理如下：Cl2SO2RSO RSO Cl2RSO 2Cl⑵磺氧化工艺（氧磺化工艺）SO O 2RSO 3H反应机理为：SOSOSO 2RSO Cl 2RSO 2RSO 2RSO2SO2RSO 3HH 2SO 4RSO 2ClRSO 33.α－烯基磺酸盐（AOS ）CH 2CH CH 2SO 32SO 3Na 2CH 2SO 3NaOH3CH2CH CHSO3CH CHCH2SO3H4.琥珀酸酯磺酸盐琥珀酸即丁二酸琥珀酸酯双酯磺酸盐NaO3CH-C-ORNaO3CH-C-OR引入磺酸基的方法：通过亚硫酸钠与马来酸（顺丁烯二酸）酯的加成反应。
CH-C-ORNaHSO3NaO3CH-C-ORa.渗透剂Aerosol OT（快速渗透剂OT）CH3(CH2)3CHCH2C2H5H2SO42CH2CH(CH)3CH3CH2CH(CH)3CH3C2H5C2H5NaHSO 32CH(CH)3CH 32CH(CH)3CH 3C 2H 5C 2H 5NaO 3b.脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸单酯磺酸钠，如AESM 或AESS ，有良好的乳化、分散、润湿和增溶效果。
两性表面活性剂的合成及性能表征
两性表面活性剂两性表面活性剂，是指同时具有阴、阳两种离子性质的表面活性剂。
从它的结构来看，与憎水基团相连接的既有阳离子，也有阴离子。
其结构可表示如下：它是一种温和性的表面活性剂。
两性表面活性剂分子与单一的阴离子型、阳离子型不同，在分子的一端同时存在有酸性基和碱性基。
酸性基大都是羧基、磺酸基或磷酸基,碱性基则为胺基或季铵基，能与阴离子、非离子型表面活性剂混配，能耐酸、碱、蛋黄里的卵磷脂是天然的两性表面活性剂。
现在常用的人工合成两性表面活性剂，其阴离子部分大多是羧酸基，也有少数是磺酸基。
其阳离子部分大多是胺盐或季胺盐。
由胺盐构成阳离子部分的叫氨基酸型；由季胺盐构成阳离子部分的叫甜菜碱型。
氨基酸型两性表面活性剂的水溶液呈碱性。
如果在搅拌下，慢慢加入盐酸，变为中性时仍无变化。
至微酸性时则生成沉淀。
如果再加入盐酸至强酸性时，沉淀又溶解。
这就说明，呈碱性时表现为，呈酸性时，表现为。
但是，当阳离子性和阴离子性正好在平衡的等电点时，亲水性变小，就生成沉淀。
甜菜碱型两性表面活性剂，最大的特点是无论在酸性、中性或碱性的水溶液中都能溶解。
即使在等电点时也无沉淀。
此外，渗透力、去污力及抗静电等性能也较好。
因此，是较好的、柔软剂。
等电点是指两性电解质在溶液中电离时，酸和碱的电离度相等时的状态。
其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是同时带有阴阳两种电荷的。
亲油基一般是长碳链烃基，亲水基中的阳离子都是由基或季铵基组成的，阴离子可以由羧基、磺酸基或磷酸基组成。
实际应用的品种主要是氨基酸型和甜菜碱型两性表面活性剂，产量是表面活性剂中最小的。
两性表面活性剂通常具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔软纤维和抗静电等性能，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙皂分散剂、干洗表面活性剂和金属缓蚀剂等。
但是，这类表面活性剂的价格较贵，实际应用范围较其他类型的表面活性剂小。
分子中的阴离子为羧基，阳离子为铵盐。
这类表面活性剂随介质pH的变化而显示不同的表面活性，如十二烷基氨基丙酸(C12H25N+H2CH2CH2COO-) 在氢氧化钠介质中可转变成十二烷基氨基丙酸钠(C12H25 NHCH2CH2COO-Na+), 表现为能溶于水的阴离子表面活性剂。
羧酸盐表面活性剂的制备
用某些有害物质，如短链氯化石蜡等。
废物处理和排放标准
02
提高废物处理和排放标准，要求羧酸盐表面活性剂生产过程中
产生的废物必须进行妥善处理或回收利用。
绿色标签和认证
03
鼓励和支持羧酸盐表面活性剂产品获得绿色标签和认证，以证
明其环保性能和可持续性。
THANKS
感谢观看
02
不同种类的羧酸盐原料可以影响 表面活性剂的物理性质和化学性 质，如表面羧酸盐表面活性剂的另一 重要组成部分，提供表面活性剂的阳 离子部分。常用的醇类原料包括高级 醇、多元醇等。
醇类原料的种类和链长对表面活性剂 的物理性质和化学性质也有影响，如 表面张力、溶解性等。
羧酸盐表面活性剂的制备
• 引言 • 羧酸盐表面活性剂的制备方法 • 羧酸盐表面活性剂的合成原料 • 羧酸盐表面活性剂的性能测试与表征 • 羧酸盐表面活性剂的应用领域 • 羧酸盐表面活性剂的发展趋势与挑战
01
引言
表面活性剂的定义与重要性
定义
表面活性剂是一种具有亲水性和亲油 性基团的化合物，能够降低溶液的表 面张力，使液体表面易于润湿和乳化 。
详细描述
该方法中纤维素是常用的原料，通过与羧甲基化试剂如氯乙酸、醋酸等进行反应，生成具有良好表面 活性的羧酸盐表面活性剂。羧甲基纤维素法可以获得具有良好水溶性和分散性的羧酸盐表面活性剂， 在纺织、印染、造纸等领域有广泛应用。
03
羧酸盐表面活性剂的合成原料
羧酸盐原料
01
羧酸盐原料是羧酸盐表面活性剂 的主要组成部分，提供表面活性 剂的阴离子部分。常用的羧酸盐 原料包括脂肪酸、油脂酸等。
常用的表面张力测试方法有悬液滴法、Wilhelmy板法等，这 些方法能够提供表面活性剂在气-液界面上的性能表现。
双子表面活性剂性质、合成及应用介绍
双子表面活性剂性质、合成及应用介绍一、双子表面活性剂简介通过化学键将两个或两个以上的同一或几乎同一的表面活性剂单体，在亲水头基或靠近亲水头基附近用联接基团将这两亲成份联接在一起，形成的一种表面活性剂称为双子表面活性剂。
双子表面活性剂的研究最早始于20世纪70年代。
1971年Bunton等人合成了一族新型两亲分子，其分子结构顺序为:长的碳氢链、离子头基、联结基团、第二个离子头基、第二个碳氢链，并且把它作为相转移催化剂使用，结果发现它比普通的阳离子表面活性剂具有更高的催化效率。
1988年后，日本Oskaa大学的专家们合成并研究了柔性联结基的若干双烷烃链表面活性剂。
然而真正系统开展这类新型表面活性剂研究工作则是从1991年开始。
该年Emery大学的Menger教授和Lihua等人合成并研究了刚性联结基团的双烷烃链表面活性剂，并给这种类型表面活性剂起名为Gemini surfactants Gemini 在天文学上的意思为双子星座，以此形象地表达这类表面活性剂的分子结构特点。
我国学者赵国玺也因此将其译为“双子表面活性剂”。
双子表面活性剂是一类带有两个疏水链、两个亲水链和一个联接基团的化合物，类似于两个普通表面活性剂通过一个桥梁连接在一起，但值得注意的是，联接基团应在极性头基或靠近极性头基处相连接。
如下图：从分子结构看，双子表面活性剂与两个表面活性剂分子的聚集相似，故有时又称为二聚表面活性剂或孪链表面活性剂。
双子表面活性剂的结构如下图所示在双子表面活性剂的分子结构中，两个亲水基通过联结基团靠化学键联接，由此使两个表面活性剂单体相当紧密地结合，这种结构一方面增强了碳氢链的疏水作用，另一方面使亲水基间的排斥作用因化学键限制而大大削弱。
因此，联结基团的介入及其化学结构、联接位置的变化，使Gemini表面活性剂结构具有多样化，从而具有更优良的物理化学性质及界面活性该类表面活性剂有阴离子型、非离子型、阳离子型、两性离子型及阴 - 非离子型、阳- 非离子型等。
环氧的开环反应及新型表面活性剂的制备
(D-MEAS) possesses the excellent surface active property and lime-soap dispersion ability. Dialkyl monoethanolamine (D-MEA) has better foaming ability and foaming stability. The wetting ability of monoalkyl diethanolamine (M-DEA) and the emulsifying property of monoalkyl diethanolamine salt (M-DEAS) are prominent. The polymerization degree of hydroxyl terminated polyepichlorohydrin can be used to adjuste the HLB values of the PGAE. The HLB values of the PGAE was 5.5-8.4 when the polymerization degree of hydroxyl terminated polyepichlorohydrin was 8-12.KEY WORDS: epichlorohydrin, glycidol ether, Gemini surfactant, alkanolamine, polyglyceryl fatty alcohol ether目录第一章前言 (1)第二章文献综述 (2)2.1 表面活性剂概述 (2)2.1.1 表面活性剂的分子结构 (2)2.1.2 表面活性剂溶液的性质 (2)2.1.3 表面活性剂的应用 (4)2.2 Gemini表面活性剂 (5)2.2.1 Gemini表面活性剂的研究进展 (5)2.2.2 Gemini表面活性剂的结构与分类 (6)2.2.3 Gemini表面活性剂的性质 (7)2.2.4 Gemini表面活性剂的合成进展 (9)2.3 乙醇胺衍生的表面活性剂 (10)2.3.1 烷醇酰胺型表面活性剂 (10)2.3.2 酯基季铵盐型表面活性剂 (13)2.4 聚甘油脂肪酸酯型表面活性剂 (14)2.4.1 聚甘油脂肪酸酯的研究进展 (14)2.4.2 聚甘油脂肪酸酯的合成 (15)2.4.3 聚甘油脂肪酸酯的特性 (16)2.4.4 聚甘油脂肪酸酯的应用 (17)2.5 本课题研究内容 (18)第三章羧酸盐和硫酸酯盐Gemini表面活性剂的合成及性能 (19)3.1 实验部分 (19)3.1.1 实验药品 (19)3.1.2 实验方法 (19)3.1.2.1 碱催化法合成乙二醇二缩水甘油醚 (19)3.1.2.2 酸催化法合成乙二醇二缩水甘油醚 (20)3.1.2.3 羧酸盐和硫酸酯盐Gemini表面活性剂的合成 (20)3.1.3 测试与表征 (22)3.1.3.1 环氧指数的测定 (22)3.1.3.2 表面张力及CMC值的测定 (23)3.1.3.3 发泡性能的测定 (23)3.1.3.4 乳化能力的测定 (23)3.1.3.5 钙皂分散性能的测定 (23)3.1.3.6 红外光谱 (23)3.1.3.7 核磁氢谱 (23)3.2 结果与讨论 (23)3.2.1 碱催化法合成乙二醇二缩水甘油醚工艺条件研究 (24)3.2.2 酸催化法合成乙二醇二缩水甘油醚工艺条件研究 (25)3.2.3 对酸催化法正交实验的完善与补充 (26)3.2.3.1 原料配比 (27)3.2.3.2 闭环时间 (27)3.2.3.3 催化剂用量 (28)3.2.3.4 开环反应温度 (29)3.2.4乙二醇二缩水甘油醚的FTIR和1H-NMR表征 (29)3.2.5 Gemini表面活性剂的FTIR表征 (31)3.2.6 Gemini表面活性剂的性能 (32)3.2.6.1 表面活性 (32)3.2.6.2 发泡性能 (33)3.2.6.3 乳化性能 (34)3.2.6.4 钙皂分散性能 (35)3.3 小结 (36)第四章长链烷醇胺及其盐酸盐表面活性剂的合成和性能 (37)4.1 实验部分 (37)4.1.1 实验药品 (37)4.1.2 实验方法 (37)4.1.2.1 十八烷基缩水甘油醚的合成 (38)4.1.2.2 （十八烷氧基-2-羟丙基)-二乙醇胺及其盐的合成 (38)4.1.2.3 二(十八烷氧基-2-羟丙基)-乙醇胺及其盐的合成 (39)4.1.3 测试与表征 (39)4.1.3.1 表面张力及CMC值的测定 (39)4.1.3.2 发泡性能的测定 (39)4.1.3.3 乳化能力的测定 (39)4.1.3.4 钙皂分散性能的测定 (39)4.1.3.5 润湿性能的测定 (39)4.1.3.6 胺值的测定 (40)4.1.3.7 红外光谱 (40)4.2 结果与讨论 (41)4.2.1 十八烷基缩水甘油醚合成工艺条件的优化 (41)4.2.2 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析 (42)4.2.3 表面活性剂有效成分的检测 (42)4.2.4 表面活性剂的性能研究 (43)4.2.4.1 表面活性 (43)4.2.4.2 发泡性能 (44)4.2.4.3 乳化性能 (45)4.2.4.4 钙皂分散力 (46)4.2.4.5 润湿性能 (47)4.3 小结 (48)第五章聚甘油脂肪醇醚型表面活性剂的制备与性能 (49)5.1 实验部分 (49)5.1.1 实验原料 (49)5.1.2 实验方法 (49)5.1.2.1 端羟基聚环氧氯丙烷醚(PECH)的制备 (50)5.1.2.2 长链烷基聚环氧氯丙烷醚的制备 (50)5.1.2.3 聚甘油脂肪醇醚(PGAE)的制备 (51)5.1.3 测试与表征 (51)5.1.3.1 环氧指数的测定 (51)5.1.3.2 羟值的测定 (51)5.1.3.3 HLB值的测定 (51)5.2 结果与讨论 (52)5.2.1 端羟基聚环氧氯丙烷醚的合成工艺条件研究 (52)5.2.1.1 催化剂用量的影响分析 (52)5.2.1.2 反应温度的影响分析 (53)5.2.1.3 羟值的测定 (54)5.2.2 影响聚甘油脂肪醇醚HLB值的因素 (54)5.2.2.1 标准曲线的绘制 (54)5.2.2.2 聚合度的影响 (55)5.3 小结 (56)第六章全文结论 (57)参考文献 (58)发表论文和参加科研情况说明 (63)致谢 (64)第一章前言第一章前言表面活性剂是指能够在溶液表面定向排列，并且使用较少的量就能显著降低溶液表面张力的物质，表面活性剂的分子结构具有两亲性，一端为亲水基团另一端为疏水基团。
表面活性剂的类型
表面活性剂的类型表面活性剂的类型阴（负）离子表面活性剂1．羧酸盐肥皂即为一种羧酸盐（一般是脂肪酸钠盐，即所谓的钠皂；钾盐为钾皂），低于10个碳原子的脂肪酸钠亲水性过强，表面活性较低，不适于实际应用；高于18个碳原子的则溶度太小，也不利于应用。
肥皂比较容易制造，物理性质优良，适于制成皂块。
羧酸盐一般在pH＜7的水溶液中不稳定，易生成不溶的自由酸而失去表面活性。
高价金属盐（如钙皂、镁皂、铝皂、铁皂）不溶于数，碱金属皂在盐水（如海水）中亦不易溶解。
故肥皂不适宜在酸性溶液、硬水及海水中使用。
制造肥皂的原料，自古以来都是天然动、植物油脂，油脂加碱（NaOH）皂化即得肥皂。
石油工业大发展后，以石油为原料合成脂肪酸，产品经纯化、分离后得到合乎要求的脂肪酸，用合成脂肪酸制成的肥皂质量稍差（外观、气味及洗涤性能），仍需要不断改进。
脂肪酸三乙醇胺盐常用于非水溶液中，也可由脂肪酸（溶于油中）与三乙醇胺（溶于水）在油水界面直接中和形成后用作乳化剂。
挥发性胺（如吗啉、氨等）的脂肪酸盐则常用于上光剂配方中；当胺盐水解生成自由胺挥发后，在表面涂层中留下抗水物质，增强了表面的抗水性。
松香的主要成分是松香酸，与碱（NaOH）中和所形成的皂也是羧酸盐类型。
松香皂有较好的水溶性和抗硬水能力，润湿能力也较好。
造纸工业副产品妥尔油中含有相当量的松香酸，故妥尔油制成的肥皂也具有上述松香皂的一些优良性质。
2．磺酸盐（1）烷基苯磺酸盐现在大多数洗涤剂中的表面活性剂主要成分是烷基苯磺酸盐（钠），基本碳原子数为12左右。
在其他应用中也常用钙盐和胺盐。
烷基苯磺酸盐在一定程度熵克服了肥皂的缺点，在硬水中一般不致生成皂垢，能耐酸、碱。
制造烷基苯磺酸盐的原料来源主要是石油，烷基中支链多者极不易生物降解，应用时造成环境污染，过去大量使用的以四聚丙烯为原料合成的十二烷基苯磺酸钠即是。
现在多用直链烷基苯为原料生产苯磺酸钠，减轻应用中的环境污染。
烷基苯磺酸钠盐是应用最广泛的工业表面活性剂和家用高泡洗涤剂；三乙醇胺盐常用于液体洗涤剂和化妆品中；一些胺盐则由于其油溶性而用于“干洗”洗涤过程中。
Gemini表面活性剂性质及其应用介绍
Gemini表面活性剂性质及其应用介绍1、Gemini表面活性剂的现状1971年Bunton等率先合成了一族阳离子型低聚表面活性剂，不过在当时未引起重视。
Menger于1991年合成了刚性基连接的双离子头基双碳氢链表面活性剂，并命名为Geminis(天文学用语，意为双子星座)，形象地表述了此类表面活性剂的结构特征。
Rosen小组采纳了“Gemini”的命名，并系统合成和研究了氧乙烯及氧丙烯柔性基团连接的Gemini表面活性剂，而后人们才真正系统地开展了这方面的研究工作。
近年来，人们在探索新型表面活性剂的合成和应用方面作出巨大的努力。
新型表面活性剂低聚表面活性剂（尤以Gemini为代表）的出现，引起了众多学者的兴趣和关注。
这些新型表面活性剂打破了传统表面活性剂单疏水基单亲水基的结构，使其具有比传统表面活性剂更为优良的性能。
下面主要结合低聚表面活性剂中研究最多、合成技术最为成熟的Gemini表面活性剂的一些结构特性和溶液性能与特性进行阐述，进而全面了解低聚表面活性剂的结构性能特点。
2、Gemini表面活性剂的分子结构Gemini表面活性剂是两个和多个单链单头基传统表面活性剂通过连接基团在其亲水基或靠近亲水基连接而成的一种新型表面活性剂(图1.1)。
Gemini表面活性剂的分子结构顺序为：长的疏水链，亲水头基，联接基团，第二个亲水基团，第二个疏水链。
Gemini表面活性剂具有两个两亲成分，因此也被称为二聚表面活性剂(Dimeric surfactant)。
而同时具有3个或4个两亲成分的三聚体(trimeric)、四聚体(tetrameric)表面活性剂亦具有和Gemini表面活性剂类似的性质。
Gemini表面活性剂的亲水基团可以是阳离子、阴离子、非离子和两性离子，最近还出现了阴阳离子或离子对等。
该表面活性剂的疏水基团一般为碳氢链，还出现了以碳氟链为疏水基团的新型结构，大大丰富了Gemini表面活性剂的种类。
新型表面活性剂Gemini性能和其研究进展
文献综述题目：新型表面活性剂Gemini性能及其研究进展姓名：XXX学号：XXXXXXXXX专业：有机化学二零一二年十二月一日新型表面活性剂Gemini性能及其研究进展摘要Gemini是一种新型表面活性剂，它以联结基团联结在头基或靠近头基处，使得表面活性剂的表面活性大幅度提高。
与一般的表面活性剂相比, Gemini表面活性剂是概念上的突破，被誉为新一代的表面活性剂。
本篇综述详细介绍了Gemini表面活性剂的性能以及研究进展。
关键词Gemini；双子；联结基团；高表面活性传统表面活性剂分子中只有1 个亲水基和1 个亲油基，由于这种表面活性剂疏水链之间的缔合作用，离子头基间电荷斥力和水化作用引起的分离作用存在平衡，使得它们在界面或分子聚集体中不能更紧密排列，因而降低表面张力的能力有限。
近年，一种新型表面活性剂引起重视，即用化学键将2个或2 个以上的相同或不同的两亲成分联结起来，成为具有多个亲水基和多个疏水长链的表面活性剂，统称为多聚表面活性剂，其中以二聚体研究较多。
由于该类表面活性剂的亲水基团是以共价键结构连接，可实现亲水基之间的更紧密排列，因而具有更高的表面活性，同时还有许多特殊性能。
1结构和性能1.1 Gemini表面活性剂特殊结构示于图1[1]Gemini表面活性剂的疏水基有两类：一类为纯碳链，另一类是碳链中有其它基团如酯基、酰胺基、氟等。
亲水基可以是阳离子型（主要是季铵盐），阴离子型（主要有羧酸盐、磷酸酯盐、磺酸盐及硫酸酯盐），非离子型（主要是多羟基和环氧甲烷缩合基团）。
1.2 Gemini表面活性剂优良性能Gemini表面活性剂由于其特殊结构，有许多传统表面活性剂所不具备的特性[2~3]，现列举如下：①易吸附在气液表面，从而更有效地降低表面张力。
②极易聚集成胶团，cmc 值比传统表面活性剂溶液低。
③具有较低的表面活性剂应用温度下限(Krafft点) 。
④具有优良的润湿性，洗涤去污能力强。
⑤与传统非离子型表面活性剂复配时产生更大的协同效应，可大幅度降低体系的表(界)面张力。
新型表面活性剂Gmini
4.相转移催化剂
1971年,Bunton等将Gemini阳离子表面活性剂(C16一4一C16,2Br‘和C16一4一C16,2Br- ) 应用于水解反应,发现该类表面活性剂的催化效率是其相应单体表面活性剂的2一5倍;并且所 需Gemini阳离子型表面活性剂的催化浓度更低。Bunton等还将C16一s一C16,ZBf应用于催化 6一硝基苯氧氮杂茂一3一羧酸盐脱梭反应。在研究正十二烯在水/有机溶剂中的氢甲酞化反 应时,Chen等I’“2]发现:与相应的单体表面活性剂相比(C16一s一C16,2Br-,s=2,4,6)更有效的提 高反应的选择性和反应速度。由于Gemini阳离子型表面活性剂具有较低的CMC,在较低的浓 度下就能够形成聚集体,对正十二烯的增溶能力更强,有利于反应物分子传输到两相反应界面, 从而更有效地降低相转移的自由能。Qiu等在研究2,4一二硝基氯代苯碱性条件下水解时发现, 在浓度较低时(<5mM), C12一4一C12,2Br与C12TAB的催化机制相似,但当表面活性剂的浓度 大于5mM时, C12一4一C12,2Br-的催化效率比其相应的单体表面活性剂高许多。Liu等以C16一 3一C16,2Br‘的水溶液为反应介质合成纳米材料一银丝,能够制备平均直径为30纳米、长度为 几到十几微米的高质量的银丝。
目前对Gemini非离子表面活性剂的研究报道相对较少,亲水基团主要为聚氧乙烯链和 糖基。
4.4Gemini两性离子表面活性剂和杂双子表面活性剂的合成
由于在合成方面存在一定难度,目前这两类Gemini表面活性剂的研究报道相对较
少,但这两类Gemini表面活性剂具有更独特的性能,也具有潜在的应用价值。
5.Gemini表面活性剂的应用
1、微乳燃料。
“微乳状液是一个由水、油和两亲物质（分子）组成的、光学上各相同性、 热力学上稳定的溶液体系”，在外观上呈透明和半透明状。1943 年，苏尔曼 （Schulman）和霍尔（Hoar）首次报道了这一分散体系。这种分散体系，可 以是油分散在水中（O/W型），也可以是水分散在油中（W/O型）。分散相的 质点为球形，但半径非常小，通常为 10～100nm(0.01~0.1μm)范围。在相当 长的时间内，这种体系分别被称为亲水的油胶团（hydrophilic oleomicelles） 和亲油的水胶团（oleophilic hydromicelles）,亦称为溶胀的胶团或增溶的胶 团。直到 1959 年，Schulman等人才首次将上述体系称为“微乳状液”或“微 乳液（microemulsion）。于是“微乳液”一词正式诞生[2]。