论文双子表面活性剂

双子表面活性剂综述

张家婧

（山东大学化学与化工学院山东省济南市250100）

摘要双子表面活性剂使其在表面活性剂相关领域脱颖而出。双疏水基双亲水基表面活性剂独特的分子结构使其具有与传统的单疏水基单亲水基表面活性剂不同的特性，如CMC很低，降低水溶液表面张力的效率很高。无论是表面活性，还是溶液中的性质，如界面行为、粘度特性等都体现出独特之处。另外，双子表面活性剂的应用也日趋广泛。

关键字双子表面活性剂结构性质应用

Review of Gemini surfactant

Jiajing Zhang

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong University,Jinan,250100) Abstract The particularity of the Gemini surfactants’structure makes it stand out in the related fields of surfactants.Gemini surfactants have two hydrophobic groups and two hydrophilic groups per paring to conventional surfactants which have single hydrophobic group and single hydrophilic group per molecule,the distinct molecular structure of Gemini surfactants make them possess some special properties,such as quite lower surface tension and higher efficiency for reducing surface tension.The surface activity,solubility and viscosity characteristics change a lot,which make Gemini surfactants increasingly wide application in practice.On the other hands,the application of surfactants in many fields is also becoming more widely.

Keywords Gemini surfactants,Structure,Character,Application

1引言

表面活性剂按照分子结构的特征可分为三类：传统型、Bola型和Gemini型。

相对于传统的表面活性剂，双子表面活性剂可以说是一个全新的概念，这种有两个亲水端基和两个疏水端基的表面活性剂，相当于通过一个连接基将两个表面活性剂分子连接在一起的结构。越来越多的科研工作者们积极开展相关方面的研究，因为其有着独特的溶液和界面性质，使得效果往往优于传统表面活性剂。

1971年，Bunton[1]等首次合成了一类阳离子型Gemini表面活性剂并对它们的表面活性和临界胶束浓度进行了研究。1988年，日本Osaka大学的Okahara[2]等研究并合成了以柔性基团连接离子头基的若干双烷烃链表面活性剂，但真正系统性地开展这类新型表面活性剂研究工作则是从1991年Menger[3]合成了以刚性基团连接离子头基的双烷烃链表面活性剂开始。他将这类型顺序排列的两亲分子命名为：Gemini表面活性剂，并对Gemini表面活性剂的吸附形式和胶束形式作了探讨。从1991年开始，美国纽约州立大学Brookly学院的Rosen小组采纳了其命名，系统合成和研究了刚性基团连接的双子表面活性剂，撰写了一篇综述文章[4]。同时，

法国Charles Sadron研究所Zana小组[5]也通过亚甲基链为连接基团研究了一系列表面活性剂。结果表明，双子表面活性剂具有较单烷烃链和单离子头基组成的普通表面活性剂高得多的表面活性。

2结构特点与分类

“Gemini”在天文学中是“双子星座”的意思。Gemini表面活性剂是一类分子中含有两个或两个以上亲水亲油基团的表面活性剂。从分子结构上看，Gemini表面活性剂相似于两个单链表面活性剂分子的聚结，故又称为“二聚表面活性剂”或“孪连型表面活性剂”。其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，可以是亲水性的或是疏水性的。

图1双子型表面活性剂结构示意图

Fig.1Structures of Gemini surfactants

根据亲水头基的性质，双子表面活性剂可分为：研究最为广泛，主要研究方向为季铵盐型的阳离子型表面活性剂；包含磷酸盐、羧酸盐、硫酸盐和磺酸盐四种类型的阴离子型表面活性剂；从糖类化合物衍生而来的非离子型表面活性剂；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。

2.1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，主要是季胺盐型表面活性剂。因为其生物降解性好，毒性小，性能卓越。

图2季铵盐型Gemini表面活性剂TM结构示意图

Fig.2The structure of TM

2.2阴离子型Gemini表面活性剂

这类Gemini表面活性剂的种类较多，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。

图3二聚体羧酸盐型Gemini表面活性剂结构示意图

Fig.3The structure of dimer of carboxylic acid salt