双子表面活性剂2..
两性双子表面活性剂的合成及性能
两性双子表面活性剂的合成及性能吕斌;高建静;马建中;范倩倩;王泓棣【摘要】以油酸和单乙醇胺为原料,采用两步法合成油酸单乙醇酰胺.将所得油酸单乙醇酰胺与三氯氧磷、十六烷基二甲基胺进行磷酸化、季铵化反应,制得两性双子表面活性剂.以酸值和胺值为考察指标,采用单因素试验法优化得到油酸单乙醇酰胺的较优制备工艺为:1 mol油酸与0.8 mol单乙醇胺在N2保护下升温至160℃,反应5h;再降温至80℃,补加0.25 mol单乙醇胺,恒温反应3h.以乳化性和润湿性为考察指标,采用单因素试验法优化得到合成双子表面活性剂的较优工艺为:1 mol油酸单乙醇酰胺与0.7 mol POCl3在0℃反应4h,再加入0.75 mol十六烷基二甲基胺,升温至65℃反应18 h.所制备表面活性剂的临界胶束浓度为7.88×10-4 mol/L,乳化分水时间为680 s,润湿时间为35 s.【期刊名称】《日用化学工业》【年(卷),期】2015(045)002【总页数】5页(P76-80)【关键词】两性双子表面活性剂;油酸;磷酸化;季铵化【作者】吕斌;高建静;马建中;范倩倩;王泓棣【作者单位】陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安710021;陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,陕西西安710021;陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安710021;陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安710021;陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,陕西西安710021;陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安710021;陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安710021【正文语种】中文【中图分类】TQ423.2双子表面活性剂是一类具有特殊结构的新型表面活性剂，相对于传统表面活性剂，其分子中至少含有2个亲水基团和2个疏水基团[1-3]。
这种特殊的化学结构，使其具有比传统表面活性剂更优异的性能，如形成胶束能力强，表面活性高，乳化性、增溶性和分散性良好等[4-6]，被广泛应用于纺织印染、环境污染修复、石油、选矿和皮革等多个领域[7-9]。
双子表面活性剂
双子表面活性剂概述-结构
Gemini表面活性剂分子中 含有两个疏水基团、两个 亲水基团和一个联接基团， 且联接基团靠近亲水基团， 联接基团可以亲水也可以 疏水。
分子结构顺序为:长的碳氢 链疏水链、离子头基、联 接基团、第二个离子头基、 第二个碳氢链 B结构中的亲水基团与联接 基团靠得比较近，也属于 Gemini表面活性剂。
双子表面活性剂的应用及前景
（2）预鞣和复鞣填充剂 在皮革鞣制过程中，由于双子表面活性剂特殊的结构和性质 ，具有能与皮胶原上的结合点快速结合的特点，可防止鞣剂 与皮纤维因结合过快而出现表面过鞣的现象；另外，双子表 面活性剂既能显著降低溶液的表面能又可以加速鞣剂的渗透 ，达到速鞣、鞣制均匀或提高结合量使成革丰满的目的。 双子表面活性剂是由联结基团通过化学键将两个或多个单体 表面活性剂连接在一起，扩充其链结构增加分子量，同时与 胶原或鞣剂进行多点结合，从而使得它还可以作为复鞣填充 剂。加脂剂是制革过程中用量最大的一类皮革化工产品，磺 酸盐型皮革加脂剂是最主要的品种之一。
双子表面活性剂概述-性能
1.极容易吸附在气/液表面，而且有多种形态，比传统型 表面活性剂溶液有大得多的表面活性。较高的表面活性意 味着完成某一具体用途时的用量较少，从而需要更少的原 料，产生更少的需要处理的副产品。 2.很容易聚集成胶束，临界胶束浓度比传统表面活性剂溶 液低。这意味着一些不溶的物质能在较低的表面活性剂浓 度下的溶液中增溶。 3.大部分阴离子双子表面活性剂的Krafft点(TkP质量分数 为1%)都在0℃以下，表明有良好的水溶性，这是由于双 子表面活性剂含有两个亲水基团的缘故。
双子表面活性剂
11级化学工艺徐运欢
目录
1 2 3
双子表面活性剂概述 双子表面活性剂的合成
双子表面活性剂表面活性的研究
１ — １ 、 ６— ４８ 一） ２— ６ ４ ４— ４ １ ４— １ 、（ 一 １ （＋）纯度 ，
８ ％ ，自制 ； ０ 十二 烷 基 三 甲基 溴化 铵 （ Ｔ Ｂ） 十 ＤＡ 、 四烷基 三 甲基溴化 铵 （ Ｙ Ｂ）分 析纯 。 ＴＡ ， 临盘采 油 厂 １１ 注 入 水 为 Ｎ Ｈ Ｏ 水 型 ， ３６站 ａＣ 离子组 成见 表 １ 。
体 与界面 化 学领 域 的研 究 热 点 。 目前 ， 国外一 些 研究 学 者 ¨－ 已合 成 出一 系列 阴离 子 、 ２ 阳离 子 、 非离 子及 两 性 型双 子 表 面活 性 剂 。２０ ０ １年 我 国 开始 进行双 子 表 面 活性 剂 的研 究 ， 善法 等 ∞ 唐 合成 了不 同类 型 的双 子 表 面 活性 剂 ， 对 其性 能 并 及应 用做 了 大量 研 究 。在 石 油开 采 应 用 中 ， 子 双 表 面活性剂 在提 高 驱 油效 率 方 面 已 有报 道 ］在 ，
精
６
细
石
油
化
工
进
展
第 １ ２卷第 １ ２期
ＡＤＶ ＡＮＣ Ｓ Ｉ Ｉ Ｅ Ｐ Ｔ ＣＨＥ Ｃ Ｓ Ｅ Ｎ Ｆ Ｎ Ｅ Ｒ０ ＭＩ ＡＬ
十 四烷 基链 的表 面活性 剂具有 同样 的特点． 。 表 ２ 双子表 面活 性剂 与对应 的传统 表 面活性 剂在 不 同含量 下的表 面张 力 比较
ＤＡ Ｔ Ｂ含 量 为 １ ×１ 时 ， 面 张 力 为 ２ ． ６ ０ ０ 表 ６ ３ ｍＮ ｍ。这表 明双子表 面活性 剂 在 较 低含 量 下 可 ／
达传统表面活性剂 Ｄ Ａ Ｔ Ｂ高含量下 的表面效果，
收稿 日 ： １ — ８ ０ 。 期 ２ １ ０ — １ ０ 作者简介 ： 马素俊 ， 硕士 ， 主要从事油层保护技术研究工作。
双子(Gemini)表面活性剂合成及性能评价
文 章 编号 ： ０ ５ ８ ０ （ ０ ９ ０ — １ — ３ １０ — ９７ ２ ０ ）５ １０ ０
断 块 油 气 田 Ｆ Ｕ — Ｌ Ｃ Ｉ Ｇ ＳＦＥ Ｄ Ａ Ｉ Ｂ ０ Ｋ ＯＬ＆ Ａ ＩＬ
第 １ ６卷第 ５期
（ ｍｉｉ 面 活性 剂 合成 及 性 能评 价 Ｇｅ ｎ） 表
Ｌ ｂ ｒ ｔ ｒ ｆＯｉ ａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｌ＆ Ｇａ ｅｅ ｖ ｉ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｘ ｌｉ ｔ ｎ Ｃｈ ｎ ｄ ｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｃ ｅ ｇ ｕ ６ ０ ５ ， ｉ ａ ｓ Ｒ ｓ ｒ ｏｒ Ｇｅ ｌｇ ｎ ｐｏｔ ｉ ， ｅ ｇ ｕ Ｕ ｉ ｅｓｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ａ ｏ ｙ ｙ ｈ ｎ ｄ １ ０ ９ Ｃｈｎ ）
摘 要 研 究合 成 了一种 阴 离子 型双 醚 双 苯磺 酸 盐 Ｇ ｍｉ 表 面活 性 荆 ， ｅ ｎ ｉ 该表 面活性 剂可 在 无碱 ， 量 浓度 为 ３ ｇ Ｌ 质 ５ ・ ｍ
条件 下 ． 油 水 界 面 张 力降 至 １ ｘ ０ Ｎ． —的 超 低 水 平 ； 将 ． １。ｍ ｍ ｔ ２ 可有 效 改 变岩 石 表 面 润 湿 性 ， 将 亲 油 表 面 改 变 为 弱 亲 油 表 可 面． 可将 亲 水 表 面 改 变 为弱 亲 水 表 面 ： 用该 Ｇ ｍｎ 表 面活 性 剂 配 制 的 三 元 复 合 驱 （ Ｓ ） 油体 系相 比 常 规驱 油体 系， 利 ｅ ｉｉ ＡＰ驱 表
现 出更 高的 驱替 效率 。 关 键 词 Ｇ ｍ ｎ 表 面活 性 剂 ； 面 张 力 ； 湿性 ； 高 采收 率 ｅ ｉｉ 界 润 提
中图 分 类 号 ： Ｅ３ ７４ Ｔ ５ ．６ 文 献 标 识 码 ： Ａ
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。
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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。
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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：
双子表面活性剂的结构特点与表面活性
ｏ ｍｉ ｉｓ ｒａ ｔｎ ｓ ｗａ ｅ ｔｙ ｅ ｈａ ｃ ｄ ｆｏ ｔ ｅ ｅ ａ ｕ ｆ ｃａ ｔ． Ｔｈ ｒ ｓ ｎ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｐａ ａｌｌ ｆＧｅ ｎ ｕ ｆｃ ａ ｔ ｓ ｇ ａｌ ｎ ｎ ｅ ｒ ｍ ｈｅ ｇ ｎ ｒｌ ｓ ｒａ ｔ ｎ ｓ ｒ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｄａｅ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｒ ｌ ｉ ｅ ｎｇ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｍｉ ｉ ａ 【ｈ ｒａ ｉ ｔ ｈ ｎ ｔ ｅ ｃ ｓ ａ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｄ ｃ ｅ ｓｎ ｈ ｕ ｆ ｃ ｅ ｓｏ ｆｓ ｌ ｔｏ ｔｕ ｔ ｒ ｆＧｅ ｎｓ ｈ ｄ ａ ｈｉ ｅ ｂｌ ｙ ｔ ａ ｈ ａ ｃ ｄ ｔｕｃｕ ｅ ｉ ｅ ｒ ａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｔｎ ｉｎ ｏ ｏｕ ｉｎ． ｇ ｉ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：Ｇ ｍｉｉｓ ｒａ ｔｎ ｓ ｄ ｅ ｎ ｕ ｆｃ ａ ｔ ；Ｇｅ ｎ ；ｃ ｓ ａ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ；ｐ ｒ ｌｅｉ ｇ ｓｒ ｃ ｕ ｅ；ｓ ｒａ ｅ ａ ｔ ｉ ｍｉ ｉ ａ ｃ ｄ ｔ ｔ ｒ ｕ ａ ａｌｌｎ ｔ ｔ ｒ ｕ ｕ ｃ ｃｉ ｔ ｆ ｖｙ
面活 性 。
Ｒ． Ｒ Ｒ
ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｇ ｅ ａ ｅ ｎ ｈ ｓｗａ ｒ ａ ｔ ｒ ｕ ｈ ｉ ｏ ｃ ｐ ｏ ｐ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｆ ｃａ ｔ ． Ｔ ｅ ｓ ｆｃ ｃ ｉｉＲ●●● ｅ ｈ ｙ ａ ｇ ｇ ｔｄ ａ ｄ ｔ ｕ ｓ ａ ｂ ｅ ｋ ｈ ｏ ｇ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔｃ ｍ ａ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｓ ｒａ ｔｎ ｓ ｒ ｒ ｈ ｌ ｈ ｕｒａ ｅ ａ ｔ ｔ ｖｙ
ＷＵ Ｊ ｎ ｕ
（ ｅａ ｍ ｎ ｏ ｈｍｃｌ ｎｎ ｅ ｎ ， ｈｎｚｏ ｓｔｔ ｏ ｎｎ ｅ ｎ ｅｈｏ ｇ ， ｉ ｇｕＣ ａｇｈｕ２３６ ， ｈ ａ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｅ ｉ ｇｉ ｒ ｇ Ｃ ａｇｈｕＩ ｔｕ ｆ ｇｉ ｒ ｇＴｃｎ ｌ ｙ Ｊ ｎｓ ｈｎ ｚｏ １１４ Ｃ ｉ ） ｔ Ｃ ａＥ ｅ ｉ ｎｉｅ Ｅ ｅｉ ｏ ａ ｎ
双子表面活性剂(C14-2-14.2Br -)水溶液粘度及影响因素研究
１ 实验部分
＋ 中 国 石 油科 技 中青 年创 新 基 金 （０ ２ ７ １６ 资 助 。 ２ ０ Ｆ０ １ ）
证（ Ｂ 压 片法 ） Ｋｒ 。在 核 磁 共 振 仪上 以重 水 作 标 准
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第３ ６卷 第５期
双 子表 面活 性剂 （ 一 ． Ｂ ～ 水溶 液粘 度及 影 响 因素研 究 Ｃ ２一 ２ ｒ ）
唐 善 法 王 勤 郝 明耀 朱 洲 付 关龙
（． １ 长江 大学石 油 工程 学院 ２ 辽 河石 油勘探 局 工程研 究院 ） ．
摘 要 合 成 并表征 了阳 离子 双子 表 面活性 剂 Ｎ。 Ｎ 一双 （ 四烷基 二 甲基 ）一１ ２一二 溴化 一 十 、 乙二铵 盐 （ 一 ． Ｂ 一 。用 布 氏旋 转 粘 度 计 测 定 其 水溶 液 粘 度 ， 考察 了溶 液 浓度 、 Ｃ ２一 ２ ｒ ） 并 温度 、
其影 响 因素进行 了探 素 性研 究 ， 以期 为 Ｃ 一２一 ２ ｒ 作 为粘 性 流 体 在 新 型 压 裂 液 及 提 高 采 收 率 用 Ｂ一 驱 油体 系 中的应 用提 供试 验依 据 。
１ ３ 结构 分析 ．
将 反 应 所 得 提 纯 产 物 ， 美 国 Ｎｃｌｔ公 司 用 ｉ ｅ ｏ １０ Ｘ Ｆ ７ Ｓ Ｔ—Ｉ 型红 外 光 谱 分 析仪 进 行 分 子 结 构认 Ｒ
２ １ 合 成产 物 的分 子 结构 ．
物进 行产 物核 磁共 振谱 测试 。
１ ４ 表 面活 性剂 水溶 液粘 度 测定 ．
采用 布 氏 粘 度 计 （ ｒｏ Ｂｏｋ—Ｆｅ Ｉｇａ ａ ｌ ｉｌ Ｉ ｒｍｍ ｂｅ ｄ Ｒ ｅ ｍ ｔｒ） 以恒 温 循 环 水 浴 调 控 温 度 ， 一 定 温 ｈｏ ｅ ｅ ， 在 度 及剪 切速 率 下测定 样 品 的粘度 。文 中若 无 特别 说
双子表面活性剂的研究现状和在洗消领域的发展前景
专题论述
双子表面活性￣ Ｄ 研 究坝状和在洗消 领域昀发展前景 ，Ｊ Ｕ３
中国人 民武装警察部队学院研究生二队 李冠男
［ 摘 要］ 双子表 面活性 剂不同于普 通表 面活性剂的分子 结构和性质赋予 了其独特 的用途 和优 良的性能 ， 本文介 绍了双子表 面活性
剂的国内外研 究现状 ， 系统分析 了其优 良的性 能特征 ， 并展 望 了其应 用于洗消领域 的发展前景 。
表面活性剂 已成为胶体和界面科学 的热 门研究领域 。 １双子表面活性剂的结构和分类 ．
上， 而在性 质（ 如双子表面活性剂 的微 观形 态 、 胶团化及其规 律性 、 双子 表面活性剂 的特殊 空间三维结构及其应用 等）和应用方 面的数据和成 果较少 ，这也是 由于双子表面活性剂 的结构特殊 性或制备方法 的特殊 性， 导致其 的大规模生产受到 目前技术或经济 的限制。 目前 ， 国内外 的 学者 已经意识到这些问题 ，正在加大关 于双子表 面活性剂的性质和应
［ 关键词 ］ 双子表 面活性剂 性 能 洗消 双 子表 面活性 剂 （ｅ ｉ ｒ ｃ ｎ 或 ｄ ｅ ｃ ｕ ａ ａｔ 又弥 孪连 Ｇｍｎ ｓ ｆ ｔ ｔ ｉ ｒ ｒｃ ｎ ， ｉｕａ ａ ｍ ｉｓ ｆ ｔ ） 表 面活性剂 、 双生表 面活性剂或偶 联表面活性剂 ， 通过一个联接基将 是 两个传统表面活性剂分子在其 亲水 头基或接近亲水 头基处连接在一起 而形成 的一类新 型表 面活性剂 ｌ作为一种新型 的双亲分子 ， Ｚ 。 其首次 出 现在文献 中是在 １７ 年日 ９ ４ 并立刻引起 了科学界 的广泛关注和研究兴趣 。 之所 以如此 ， 一方面是 由于其不 同于常规表面活性剂 的独特性能 ， 另一 方面也是 因为其特殊 的分子构型使其具有很强 的应用潜力 。目 ， 前 双子
双子表面活性剂的研究进展
以上 亲 水 基 团 （ 子 头 基 或 极 性 基 团 ） 两 个 以 上 疏 水 基 团 离 和 （ 氢 链 、 硅 链 或 碳 氟 链 ） 并 在 亲 水 基 团 处 或 靠 近 亲 水 基 团 碳 碳 ， 的疏 水 基 团处 由 联 接 基 团 以 化 学 键 相 联 接 。如 果 联 接 基 团 在 远离 亲水 基 团处 ， 至 在疏 水基 团末 端 ， 变为 另一 种表 面活 甚 则 性 剂 ： 头 表 面 活 性 剂 。 双 子 表 面 活 性 剂 结 构 示 意 图如 图 １ 双 所
双子 表面 活性 剂 的问 世要 追 溯 到 ２ ０世 纪 ７ Ｏ年 代 。１７ ９１ 年 ， ｕ ｔｎ等首次合 成 了 一簇 阳离 子 双子 表 面活 性 剂 ， 基 一 Ｂ ｎｏ 烷 双二 甲基烷 基溴 化铵 ［ 。 Ｃ ３ ： ｒ （ Ｈ ） Ｃ Ｈ２＋Ｎ（ Ｈ ） Ｂ 一］ Ｃ ， 记为 （ ｍ—ｘ—ｍ，Ｂ ～ ， ２ ｒ ） 测定其 表 面活 性并 将 其应 用 于有 机 反 应动 力学 ” 。１７ Ｊ ９４年 ， ｅｎｇ Ｄ ｉｅａ等合成 了一 簇新 型两 亲分 子 ， 它 的结 构顺序依 次为 长链 烷基 、 性 头基 、 接基 团 （ｐ ｃｒ 、 极 联 ｓａｅ） 第 二个 极性头 基 、 二个 长链 烷 基 。１８ 第 ９ ８年 ， 日本 Ｏ ａａ大 学 的 ｓｋ Ｏ ｋ ｈ ｒ 合 成 并 研 究 了 柔 性 基 团 双 烷 基 表 面 活 性 剂 。 ｓａａａ等 １９ ９ ０年 ，ｈ Ｚ ｕ等人合 成 了阴离子双 子表面 活性 剂 。然 而福 州 大学 化学 系赵 剑曦教授 认为 ， 真正 对这类 新 型表 面活性 剂 开始 进行 系统研究 是 以 １９ ９ １年 Ｍｅｇｒ 成 了 以 刚 性 基 团 联 接 离 子 ｎｅ 合 头 基 的 双 烷 烃 链 表 面 活 性 剂 为 标 志 的 。 他 将 这 类 表 面 活 性 剂 命 名 为 ‘ ｅ ｉｉ 表 面 活 性 剂 ， 双 子 表 面 活 性 剂 ， 叫 二 聚 Ｇ ｍ ｎ’ 即 也 表 面 活 性 剂 （ ｉ ｅ ｃ 。 这 一 叫 法 已 被 大 家 广 泛 接 受 。 目前 世 ｄｍ ｆ ） ｉ 界 上 对 双 子 表 面 活 性 剂 开 展 研 究 的 有 法 国 Ｃ ａｌ ａｒｎ研 究 ｈ ｒ ｓＳ ｄｏ ｅ 所 的 Ｚｎ ａａ组 ， 国纽 约 市 立 大 学 Ｂｏｋｙ 美 ｒｏ ｌ ｎ学 院 的 Ｒ ｓｎ组 。美 ｏｅ 国 Ｅ ｒ 大 学 的 Ｍｅｇｒ 和 日 本 Ｏ ａ ａ大 学 的 Ｎ ｋｔ ｊ 组 。 ｍｏ ｙ ｎｅ 组 ｓｋ ａａａ ｉ ｕ 在 国 内 ， 早 对 双 子 表 面 活 性 剂 进 行 介 绍 的 是 发 表 于 １９ 最 ９ ３年 《 新产 品世 界》 上刘世 伟 翻译 的一篇 日本关 于 双子 表面 活性 剂 的综 述 。然 而 较 为 系 统 地 对 双 子 表 面 活 性 剂 进 行 论 述 的 是
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。
双子表面活性剂(C12-2-12. 2Br -1)表面活性与驱油效率研究
为蒸 馏 水 和 蒸 馏 水 配 制 的 含 盐 表 面 活 性 剂 溶 液 ，
基金项 目：中国石油科技中青年创新 基金 （ ０２ ７ １６ 。 ２ ０ Ｆ０ １ ） 作者筒 介：唐善法 （９ ５一） 博士 ， 授 ， １６ ， 教 从事 油 田化 学方 面 的教 学 与科研 工作 。地 址 ： ４ ４ ２ ） 北省 荆 州市 南 环路 ｌ号 ， （ ３０ ３ 湖 电话
表 面 活 性 与 驱 油 效 率 研 究
唐 善 法 ，王 力 ， 明耀 ， 燕玲 ， 郝 赖 岳 泉
（ 江大 学石 油工程 学 院） 长
唐善法等．双子表 面活性 剂（ ： ２ ｒ ） ｃ Ｂ 表面 活性 与驱油效率研究． 采工 艺 ，０ ７ ３ （ ） １７—１９ 钻 ２ ０ ，０ ４ ：２ ２ 摘 要 ：用 滴体 积法测定了几种双子表面活性剂和对应 常规单链 表面活性 剂 的表 面张力 ～浓度 曲线 ， 确定 了 各 自的临界胶束浓度 ， 筛选 出高效驱油用表 面活性剂一 Ｃ ： ２ ｒ 并在 不 同条 件下对 其进行 了室 内模拟 驱油 Ｂ ～； 评价实验。表面张力测试表明 ， 双子表 面活性 剂一 ｃ：： ２ ｒ 的临界胶柬 浓度仅 为 ５ ７ｍ ／ ， 。 Ｂ 一 ４ ｇ Ｌ 对应表 面张 力为 ３ ．２ｍ ／ 较对 应单链 表面活性 剂 Ｄ Ａ ０ ７ Ｎ ｍ， Ｔ Ｂ具有更优 的表面活性 。驱油实验 表 明， ： ２ ｒ 的驱油 效率 与浓 ｃ Ｂ
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第３ ０卷
第 ４期
钻
采
工
艺
・１ ７ ・ ２
Ｖ０ ＿ Ｏ ｌ３ Ｎｏ ４ ．
溶液中的双子星座——双子表面活性剂
双 子 表 面 活 性 剂 分 子 靠疏 水 链之 间 的疏 水 作 用 使 分 子互 相接近 ，但亲 水基 之 间 的排 斥作 用 又阻碍 分 子互 相接 近 ，这 两种 作用 相互 抗衡 ，因此胶 束 中紧邻 的表 面 活性 剂 分子之 间存 在 一个 平衡 距离 。分 子 的亲水 基 间第
具 有 不 同的 长 度 、柔 顺 性 和 极 性 。刚 性 连 接 基 可 以 是
苯 环 ，柔 性 连 接 基 可 以 是较 长 的碳 链 。 亲水 基 可 是 阴 离 子型 ，如硫 酸 酯 基（ ＯＳ 一、磺 酸 基（ Ｓ 一、羧 酸 基 一 Ｏ ） 一 Ｏ ）
（ｃ Ｏ） －Ｏ ’ 、磷酸 酯基（ Ｐ ３，也 可是 阳离子 型（ 要是 季 ￣）Ｏ－ ） 主 铵 盐） 或非 离子型 （ 类） 如糖 。
强 。１— — ２ ２ ２ １ 的表面 活性 高，ｃ 只有０９ ０ｍｍｏ・～ ｍｃ ．５ ｌ ，而 Ｌ
更 强 （ 水一 气 界 面 为例 。在 水 内部 ，１ 水分 子 受 到 以 空 个
Ｄ Ａ 的ｃ ｃ ｌ．ｍｍ ｌ ～ Ｔ Ｂ ｍ 为 ４５ ｏ・ 。不溶 于 水的物 质可 加溶 于 Ｌ
胶束的不同部位，其溶解性得以增强，称为增溶作用，
这 种作用只 有 当表 面活性剂 的浓度 大于ｃ 时才 发生 。显 ｍｃ 然 ，ｃ 较 小的双子表 面活性 剂 比传统 表面活性 剂低 的增 ｍｃ
稿件编号 ：１ ０ ０ ９ １ ２ １
作 者 简介 ：何 嘉骏 ，在 读硕 士研 究生 。 王 明召 ，博
士 ，副 教 授 。
溶 功效 更强 。例 如 ，相 同浓 度 的 １－— ２ Ｔ Ｂ 液 ， ２ ２ １和Ｄ Ａ 溶
正 己烷 在前 者 中的溶解 度是在 后者 中的２ 倍 。 ． ６
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。
表面活性剂
表面活性剂表面活性剂表面活性剂(surfactant)，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。
表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。
1简介表面活性剂表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子，一种粒子具有极强的亲油性，另一种则具有极强的亲水性。
溶解于水中以后，表面活性剂能降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。
表面活性剂范围十分广泛（阳离子、阴离子、非离子及两性），为具体应用提供多种功能，包括发泡效果，表面改性，清洁，乳液，流变学，环境和健康保护。
表面活性剂在许多行业配方中被用作性能添加剂，如个人和家庭护理，以及无数的工业应用中：金属处理、工业清洗、石油开采、农药等。
组成表面活性剂分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
原理通过分子中不同部分分别对于两相的亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间，使两相的表面相当于转入分子内部。
从而降低表面张力。
由于两相都将其看作本相的一个组分，就相当于两个相与表面活性剂分子都没有形成界面，就相当于通过这种方式部分的消灭了两个相的界面，就降低了表面张力和表面自由能。
吸附性溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性；固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，极性固体表面可发生多层吸附2结构传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
随着对表面活性剂研究的深入，一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。
无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。
分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。
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]。
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Gemini表面活性剂的性质
更易聚集生成胶团，因而有更低的临界胶束浓度
• Gemini表面活性剂比单链表面活性剂更易在水溶 液中自聚，且倾向于形成更低曲率的聚集体。 • Gemini表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）值比 相应的传统表面活性剂低1~2个数量级。
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Gemini表面活性剂的性质
Gemini表面活性剂在水溶液中更易形成胶团，所以 Gemini表面活性剂对有机物的增溶能力更强。
具有良好的钙皂分散性质 在很多场合，是良好的润湿剂
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Gemini表面活性剂的主要用途 双子表面活性剂独特的性能使其在众多领 域具有较好的应用：
1 生产高效洗涤剂、乳化剂 4
2 刺激少，制备温和型产品 5 3 高效增溶剂 6 乳液稳定剂和泡沫稳定剂 增粘剂 特殊的反应催化剂
N(CH2CH2OH)3Cl
TM 结构式
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阴离子Gemini表面活性剂
阴离子型Gemini表面活性剂 种类较多，大多数专利文献报道的内容属此类， 并已有工业化产品供应。 从报道的化合物结构来看，主要分为磷酸盐、 羧酸盐和磺酸盐型。
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阴离子Gemini表面活性剂
举例：
O O COONa
O
COONa
C10H21CHCH2O(EO)n H O
O
右图是以十二酸为原料制 C H CHCH O(EO) H 10 21 2 n 备的一种非离子 Gemini 表 面活性剂 非离子 Gemini 表面活性剂
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其他Gemini表面活性剂
阴阳离子Gemini表面活性剂 不对称结构Gemini表面活性剂 多烷基多季胺盐型Gemini表面活性剂 含有杂原子的Gemini表面活性剂 含碳氟链的Gemini表面活性剂
具有更低的Kraff点
离子型表面活性剂的溶解度随着温度的升高而增加，当 达到一定温度后，其溶解度会突然迅速增加，这个转变 温度称为Kraff点 Gemini表面活性剂分子中含有两个亲水基，具有足够 的亲水性，而且其分子含有两条疏水链，疏水性更强， 更易在水溶液表面吸附和在水溶液中形成胶团。因此， 与相应的单链表面活性剂相比较，具有更好地水溶性。
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非离子型表面活性剂的亲水基主要是聚氧乙烯基。升高
温度会破坏聚氧乙烯基同水的结合，而使溶解度下降，甚至
析出。所以加热时可以观察到溶液发生混浊现象。
发生混浊的最低温度称为浊点
聚氧乙烯的分子数越多，亲水性越强，浊点就越高。反 之，亲油性越强，浊点越低。
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Gemini表面活性剂的性质
与普通表面活性剂（尤其是非离子表面活性剂） 间的复配能产生更大的协同效应
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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。
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Gemini表面活性剂结构特征
Gemini表面活性剂的典型结构可以看成是由两个 结构相同的传统表面活性剂分子通过一个连接链 连接而成，其分子结构中至少含有两个疏水链和 两个亲水基团（离子或极性基团）。
图一 Gemini表面活性剂特征图
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Gemini表面活性剂结构特征
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。
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Gemini表面活性剂的主要用途
纳米材料制备
生物技术领域
化学驱三次采油
具有极低的 CMC值，易 形成胶束， 誉为“智能 反应器”
易形成胶束， 胶团形状可 控，获得最 大的酶活性
有效降低水 ／油表面的 界面张力， 提高混合物 的流变性能
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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。 这是因为它生物降解性好，毒性小，性能卓越。 例如：
Cl(HOH2CH2C)3N C9H19 C9H19
O OH
O OH
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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：
阳离子型——研究的最为广泛，主要研究为季铵盐型表面 活性剂 阴离子型——包含磷酸盐、羧酸盐、硫酸盐和磺酸盐4种 类型 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
Gemini表面活性剂
应化13-1
2018/9/27 1
Gemini表面活性剂定义、结构特征
双子表面活性剂（Gemini surfactant）， 又称孪连表面活性剂、 双生表面活性剂、 偶联表面活性剂， Gemini型表面活性剂是一种新型的表面活 性剂，由两个双亲分子的离子头经联接基团通过 化学键联接而成。 Gemini是双子星座的意思。 1991年， Gemini的概念由Menger等第一次 提出。
O NaO P O(CH2)m O
O P ONa
二聚体羧酸盐阴离子Gemini 表面活性剂
OC12H25
OC12H25
双烷氧基双磷酸盐 Gemini 表面活性剂
O O O SO3Na SO3Na
二聚体磺酸盐阴离子Gemini 表面活性剂
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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。
• 两种表面活性剂混合体系协同效应的存在，不仅取决 于它们之间的相互作用的强度，而且也取决于混合体 系中各组分表面活性剂的相关性质 • Gemini表面活性剂和单链表面活性剂尤其是非离子表 面活性剂混合时，在降低水的表面张力的效能和效率 方面，比单体表面活性剂产生更强的协同效应
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Gemini表面活性剂的性质 Gemini表面活性剂具有良好的增溶能力