型季銨鹽表面活性劑的合成及應(yīng)用

1、Gemini型季銨鹽表面活性劑的合成及應(yīng)用班級：應(yīng)化1004班 姓名：梁偉 學號：2010016119摘要：為了把Gemini型季銨鹽表面活性劑的功能及應(yīng)用介紹得更加詳細徹底，本文總結(jié)了部分Gemini 型季銨鹽表面活性劑的合成方法，綜述了近年來Gemini 型季銨鹽表面活性劑的結(jié)構(gòu)研究進展及該類表面活性劑的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：Gemini 季銨鹽 表面活性劑1.前言：Gemini型季銨鹽表面活性劑的合成出現(xiàn)在20世紀90年代，與傳統(tǒng)面活性劑相比有更高的表面活性【1】，更低的臨界膠束濃度，具有能降低溶液的表面張力、增溶、乳化與破乳、分散與凝聚、起泡與消泡等優(yōu)良性質(zhì)，因此在石油工業(yè)、新材料和生物技

2、術(shù)等許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。Gemini型表面活性劑的出現(xiàn)徹底改變了人們對表面活性劑的思考模式，因為它是通過化學鍵聯(lián)接方式來提高表面活性，和以往所用的物理方法不同，同時在概念上也是一個突破，Gemini表面活性劑是結(jié)構(gòu)新穎的新一代表面活性劑，其優(yōu)良的性能引發(fā)了各國對該類型表面活性劑的研究熱潮。Gemini型季銨鹽表面活性劑的獨特結(jié)構(gòu)使其具有傳統(tǒng)表面活性劑所無法相比的性質(zhì),如具有極高的表面活性；良好的水溶性；連接基團為親水基的Gemini型表面活性劑有很低的Krafft點【2】，能夠溶于冷水中；具有更好的鈣皂分散性，可用于制備高效潤濕劑；一些短鏈連接基團的Gemini型表面活性劑具有獨特的流變性能

3、,在稀的濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出黏彈性；與普通的表面活性劑有良好的協(xié)同效應(yīng),使體系性能更卓越；以及水溶助長性和生物安全性等。Gemini 型表面活性劑的應(yīng)用非常廣泛，如在印染行業(yè)中,用作滌綸織物堿減量促進劑和陽離子染料染色緩染劑；在農(nóng)業(yè)上，可用來清洗土壤；用作藥物載體、化學反應(yīng)催化劑、石油添加劑、抗靜電劑、織物柔軟劑和防腐劑等【3】。國內(nèi)外Gemini 型表面活性劑的合成研究一直比較活躍，已有陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性型的合成報道。2 Gemini 型季銨鹽表面活性劑的合成2.1 Gemini 型季銨鹽表面活性劑的結(jié)構(gòu)Gemini型季銨鹽表面活性劑作為一種有“工業(yè)味精【3】”之稱的新一代表面活

4、性劑，具有自己所有的特殊結(jié)構(gòu)。Gemini型季銨鹽表面活性劑的結(jié)構(gòu)一般由三部分組成：一是疏水基，由兩條或兩條以上長鏈脂肪烴組成，一般位于分子的兩端；二是親水基，包含兩個季銨正離子；三是聯(lián)結(jié)基，位于分子的中間，起到聯(lián)結(jié)兩個親水基的作用。與傳統(tǒng)的單鏈表面活性劑分子結(jié)構(gòu)相比，Gemini表面活性劑分子最大的不同就是有間隔鏈，并且間隔鏈的性質(zhì)及位置對Gemini 型季銨鹽表面活性劑的物化性能影響很大【4】，從而可以強烈的影響到其表面活性。對于Gemini 型季銨鹽表面活性劑，其結(jié)構(gòu)都有如下幾個特點：至少有兩個疏水鏈和兩個親水基。疏水鏈可以是不同鏈長的碳氫鏈。親水基可以是陰離子型（如硫酸酯基、磺酸基、磷

5、酸基、羧酸基等），也可以是陽離子型（如季銨鹽、酰胺類、胺類等）或非離子型（如多元醇型、糖苷型等），同一分子中的兩個親水基可以不同。根據(jù)間隔鏈的彎曲性，可分為剛性鏈和柔性Gemini 型季銨鹽表面活性劑的合成及應(yīng)用鏈【5】，前者包括較短的碳氫鏈（如亞二甲苯基、對二苯代乙烯基），后者包括較長的碳氫鏈（如聚氧乙烯鏈）。由于雜原子等間隔鏈的組成不同，其疏水和親水的能力也不同，又可將其分為疏水或親水兩類。大部分Gemini 型表面活性劑具有兩個相同的疏水鏈和親水基。2.2 Gemini 型季銨鹽表面活性劑的合成方法2.2.1 疏水鏈加入法此合成方法主要適用于原料化合物中已有間隔鏈并且和兩個親水鏈連接在一

6、起【6】，只需加入兩個疏水鏈即可合成Gemini型表面活性劑。這種方法的原理簡單，過程清晰，易于控制，該法主要利用的化學方程為：2.2.2 間隔鏈加入法此合成方法適用于兩個原料化合物都分別有親水鏈和疏水鏈，只需一個間隔鏈將兩個化合物連接在一起即可合成Gemini型表面活性劑。此合成方法也類似于上個合成方法，簡單易于操作，便于制備，其反應(yīng)方程式如下：2.2.3 親水鏈加入法 此合成方法適用于由間隔鏈先加入兩條疏水鏈，然后在加入兩條親水鏈即可合成Gemini型表面活性劑。方法簡單，便于制備，其反應(yīng)方程式如下：2.3 Gemini型季銨鹽表面活性劑的分類 Gemini型表面活性劑種類繁多，結(jié)構(gòu)也各種

7、各樣，就其分類和傳統(tǒng)的表面活性劑一樣可以分為陽離子Gemini型表面活性劑、陰離子Gemini型表面活性劑和非離子Gemini型表面活性劑。其中陽離子Gemini型表面活性劑是指具有陽離子親水鏈的表面活性劑，主要包括季銨鹽、酰胺類、胺類和吡啶鹽類【7】；陰離子Gemini型表面活性劑指具有陰離子親水性基團的表面活性劑，包括磺酸鹽、羧酸鹽、磷酸鹽和硫酸鹽類；非離子Gemini型表面活性劑主要包括糖的衍生物、醇醚和酚醚類，具有不受溶液酸堿性、軟硬性影響的特點【8】，是一種具有很強穩(wěn)定性的表面活性劑。3 Gemini型季銨鹽表面活性劑的應(yīng)用3.1 常規(guī)領(lǐng)域中的應(yīng)用3.1.1 在保護環(huán)境方面的應(yīng)用由于

8、Gemini季銨型表面活性劑具有較高的表面活性，并且可以用于生產(chǎn)高效洗滌劑，乳化劑。在減少活性劑用量的情況下，達到甚至超過單鏈表面活性劑的效果，大大減少了生產(chǎn)中原料的用量和副產(chǎn)品的生成量【9】，并且可以有效的減少該表面活性劑的產(chǎn)物對環(huán)境所造成的傷害程度，可以有效地保護環(huán)境。3.1.2 在日?；瘖y品中的應(yīng)用Gemini 型季銨鹽表面活性劑在溶液中的濃度隨臨界膠束濃度（cmc）的降低而減少【10】。因此，該類表面活性劑對皮膚、眼睛的刺激相對較低，可以在溫和型個人護理品，尤其是嬰幼兒的個人護理品中使用。另一方面，由于在一定濃度下， Gemini型季銨鹽表面活性劑表現(xiàn)出一定的黏彈性，因此，在化妝品中加

9、入Gemini 型季銨鹽表面活性劑將有助于化妝品黏度的形成【11】，可以加強化妝品所具有的實用效果。3.2 特殊領(lǐng)域中的應(yīng)用3.2.1 在生物堿的分離方面的應(yīng)用據(jù)資料顯示，一種Gemini 型季銨鹽表面活性劑（C12-CH2-CH(OH)CH2-C12，2Cl）可用于17種麥角生物堿的分離【12】。用膠團電動毛細色譜法，Gemini 型季銨鹽表面活性劑濃度為2040×10-3mo1/L、pH=3.0的磷酸緩沖液，293K在8分鐘內(nèi)可完全分離13【】，而傳統(tǒng)的表面活性劑則不能完全分離。這就是由Gemini型季銨鹽表面活性劑的特殊結(jié)構(gòu)所決定，具有特殊的表面活性性質(zhì)。3.2.2 在油田污水

10、殺菌方面的應(yīng)用 研究表明，季銨鹽型表面活性劑（包括單鏈和Gemini型表面活性劑）可以將復雜的蛋白質(zhì)分裂成若干多肽鏈，對細菌的活性起抑制作用。據(jù)資料記載，由硫酸鹽還原菌引起的鋼鐵腐蝕是當今二次采油油井中的主要腐蝕因素之一【14】。Gemini型季銨鹽表面活性劑對硫酸鹽還原菌有較強的殺菌能力，在菌量較高的情況下（1.0×106個/ml），其最低殺菌濃度為1.0×10-6mol/L【15】，因此是一種很有應(yīng)用前景的新型殺菌劑。國內(nèi)Gemini型季銨鹽表面活性劑類殺菌劑已由華中科技大學的許立銘教授等研制成功，由于結(jié)構(gòu)的原因，其殺菌活性高于傳統(tǒng)的季銨鹽。有實驗研究表明，在勝利油田五

11、個具有代表性的污水站進行的殺菌實驗中，Gemini型季銨鹽表面活性劑具有優(yōu)異的殺菌效果。3.2.3 在新材料制備方面的應(yīng)用Van der Voort【16】等人發(fā)現(xiàn)，通過控制Gemini型季銨鹽表面活性劑（Cn-S-Cm，2Br-）的烷基鏈長度以及聯(lián)結(jié)基團的長度【17】，可以制備不同晶相、不同孔徑的高質(zhì)量的純硅膠；利用電中性Gemini型表面活性劑也可制備對熱及熱水超穩(wěn)定的中孔囊泡狀氧化硅材料【18】。此外，用紫外光輻射含有HAuCl4的Gemini型季銨鹽表面活性劑溶液，可制得各向異性金粒子。隨著HAuCl4和Gemini型表面活性劑濃度的增大，制得的纖維狀金粒子的長度增加，這里Gemini

12、型表面活性劑線狀膠團起到軟膜板的作用【19】，具有很大的實際意義。3.3 Gemini季鐵鹽表面活性劑國內(nèi)外研究現(xiàn)狀Gemini型表面活性劑性能優(yōu)越，同時合成了以剛性基團為連接基的雙離子頭基雙碳氫鏈表面活性劑，隨后RoensM小組也采納了Gemini0命名，并合成研究了氧乙烯或氧丙烯為柔性間隔鏈的Gemini型表面活性劑，由此科學工作者對這類化合物的合成才引起廣泛的興趣，然而在國內(nèi)起步較晚，趙劍曦【22】在1999年發(fā)表了Gemini型表面活性劑的研究進展,此時才引起國內(nèi)學者的廣泛關(guān)住，2001年池田功降等先后合成了新型雙烷基雙季錢鹽!多烷基多季錢鹽，烷基鏈中含有酞胺基和酷基的Gemini型陽

13、離子表面活性劑；游毅等合成了雙烷基雙季按鹽Gemini型陽離子表面活性劑并對其膠束性質(zhì)進行了研究；2002年陳功等合成了新型雙親油基一雙親水鏈陽離子表面活性劑；2004年徐群等合成了含醋基的不對稱雙季錢鹽表面活性劑，開辟了國內(nèi)不對稱Gemini型表面活性劑合成的先河;2005年趙秋伶等合成了雙季錢鹽一硫酸醋鹽兩性Gemini型表面活性劑；2006年盧久富等合成了非對稱性Gemini季按鹽陽離子瀝青乳化劑，魏俊超等合成了不同疏水鏈的不對稱Gemini表面活性劑；2008年劉平等合成了疏水鏈相同，間隔鏈不同的雙烷基雙硫酸酷鈉表面活性劑；2009年金瑞娣等過酞胺化，酉旨化和磺化反應(yīng)合成Gemii型乙

14、二酞胺琉拍酸已酷磺酸鈉【23】，由此新一代的Gemini型表面活性劑在國內(nèi)不斷的涌現(xiàn)。3.4 Gemini型季銨鹽表面活性劑的發(fā)展前景Gemini型表面活性劑具有很高的表面活性和降低油（水）界面張力的能力，對原油有很好的增溶作用，良好的抗鹽、抗沉積和潤濕性能【20】，將在三元復合驅(qū)中起到強的洗油作用，因此Gemini型表面活性劑在三次采油、堵水、調(diào)剖和開發(fā)底滲透率薄油層方面應(yīng)該具有廣闊的前景。并且隨著研究的不斷繼續(xù)，技術(shù)的不斷提高，它在納米材料制備和微乳液應(yīng)用、生物方面必將具有很高的經(jīng)濟價值和科學價值【21】。總結(jié)：Gemini型季銨鹽表面活性劑的二聚結(jié)構(gòu)中的間隔基將兩個離子頭基通過化學鍵的作

15、用連接起來，從而削弱了離子頭基的靜電斥力，又加強了碳氫鏈的疏水結(jié)合力，這使得它具有極高的表面活性和其它優(yōu)良的性質(zhì)，它的提出是一個概念上的突破。傳統(tǒng)型表面活性劑是從應(yīng)用方面發(fā)展起來的，而Gemini型表面活性劑則是從設(shè)計分子結(jié)構(gòu)方面入手，在機理機制方面深入地探討的基礎(chǔ)上，進行應(yīng)用研究。這可從近年對Gemini型表面活性劑的空間構(gòu)象、聚集體微觀形狀以及尺寸等方面的大量研究得此結(jié)論。因此，它將更加廣泛地應(yīng)用于我們的日常生活及工業(yè)方面。參考文獻：1 Zana R,Levy H,Papoutsi D, etal. Micellezation of two Triquar Ternary Ammon-iu

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