Gemini新型表面活性剂的性质及应用
内容摘要:随着科技的发展,Gemini新型表面活性剂诞生,文章主要讲了它的特殊结构、性质及应用。
关键词：Gemini表面活性剂、结构、性质、应用
Properties and applications of Gemini surfactants
JiangNan University hui chen
Abstract:With the development of technology,there is a new kind of surfactants—Gemini surfactant.The article summaries the structure characteristics and excellent properties and applications.
Key words:Gemini surfactant structure properties application
前言
长期以来提高表面活性剂的表面活性是人们工作的重点，从1971年Buton等首次合成一族双阳离子头基双烷烃链表面活性剂，到1991年美国Emory大学的Menger等合成了以刚性间隔基联接离子头基的双烷烃链表面活性剂，并起名为“Gemini型表面活性剂”时，Gemini型表面活性才被人们广泛重视，并且彻底改变了人们对表面活性剂的思考模式，它通过化学键联接方式提高表面活性的方法和以往所用的物理方法不同，在概念上是一个突破，这种Gemini表面活性剂是结构新颖的新一代表面活性剂，具有优良的性能，引发了各国对该类型表面活性剂的研究热潮(1)。我国重视对Gemini表面活性剂的研究是从二十世纪末。
Gemini在天文学上的意思是双子星座，此形象地表达了这类表面活性剂的分子结构特点。
1.Gemini表面活性剂的结构
传统的表面活性剂是由一个疏水基和一个亲水基头构成的，改变和提高起表面活性是非常有限的，通常靠加长疏水链或将几种表面活性剂复合使用。其结构如图：
Gemini表面活性剂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联接链连接而成，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）。而联接链的种类很多，可以是短链（如由2个亚甲基连成的链)，也可以是长链（如由12个亚甲基连成的链），可以是刚性链（如1,2-二苯乙烯基链），也可以是柔韧链（如亚甲基链）（2）极性链(如聚醚)或非极性链(脂肪族和芳香族)
等（3）。结构如上图。
疏水链可以是不同链长的碳氢链，长碳链的种类有两类：一类为纯碳链，另一类碳链接有其它基团如酞胺基、氟等（1）。根据亲水基离子头的不同可分为阳离子（主要是季铵盐）型Gemini表面活性剂，阴离子(如硫酸酯基、磺酸基、磷酸基、羧酸基等)型表面活性剂，非离子（主要有多羟基和环氧乙烷缩合基团）型表面活性剂和两性离子型表面活性剂。)，两个具有不同离子头和疏水链的结构联结成不对称的双子表面活性剂。
2.Gemin i表面活性剂的性质
宏观性质的不同一般都是由微观因素决定的，Gemini表面活性剂的特殊性质也是由其特殊的结构造成的。而Gemini表面活性剂的特殊性质主要是受烷基链和联结基团长度以及间隔基的影响。
2.1 临界胶束浓度
我们可以利用改进的滴体积装置测量不同浓度下Gemini表面活性剂的表面张力，作出表面张力—浓度曲线。由图可得出Gemini表面活性剂的临界胶束浓度以及此时对应的表面张力。
由于Gemini表面活性剂中，两个离子头基是靠联接基团通过化学键连接的，由此造成了两个表面活性剂单体分子之间相当紧密的连接，致使碳氢链间更加容易产生强相互作用，即抑制了亲水头基之间由于静电斥力所引起的分离作用，增强了疏水烷烃链之间的结合，使Gemini表面活性剂更容易聚集成胶束，大大提高了表面活性.这样就使得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。例如(结构为12—2—12（疏水链由12个碳原子组成，连接链由2个碳原子组成）的Gemini表面活性剂，其CMC值约为0.055% ，而相应的传统表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）为0.50%（2）。对于亲水基为阳离子基团的Gemini表面活性剂，CMC值随端基极性增加和联接链长度的减小而急剧降低。亲水基为阴离子表面活性剂比起相应的阳离子，其CMC值更低（4），其CMC比相应的单体表面活性剂低10-20倍。
对于m-s-m(s表示联接链长度，m表示疏水链长)型Gemini表面活性剂，联接链s的长度对CMC的影响成非线性关系，当s=4—6时，CMC值达到最大，当s≥6时，其CMC随联接长度的增大而减小。
对于n-s-m季铵盐型Gemini表面活性剂的CMC随总疏水链长度n十m的增加单调递减。具有相同的n+m的表面活性剂，如12 —2—12，10 —2—1 4和8—2一16及14—2—1 8和l 6—2—1 6具有相似的CMC。说明CMC取决于这些表面活性剂的总疏水程度，而不取决于其疏水链的对称性。
羧酸盐型Gemini表面活性剂的CMC取决于联接基的结构，随联接基氧乙烯单元数的增加而增加。
疏水链和联接基都相同的Gemini表面活性剂的CMC随亲水基的变化顺序为:
)3SO3Na>一OS03Na。
一OCH2COONa>一OP(O)(OH)(ONa) >一O(CH
2
疏水链含有C=C双键的Gemini表面活性剂的CMC一般高于相应的饱和疏水链的Gemini表面活性剂；然而联接基含有C=C双键的Gemini表面活性剂的CMC和相应的饱和连接基的Gemini表面活性剂非常相近，暗示CMC不受Gemini表面活性剂分(离)中联接基上的不饱和键的影响（5）。
与经典表面活性剂类似，体系中离子强度增加，一般使Gemini的CMC降低。
2.2界面性质
