新型表面活性剂gmini
gemini表面活性剂
Gemini表面活性剂的性质及应用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)。
连接链的种类可以是短链（如2个亚甲基连成的链），也可以是长链（如12个亚甲基);可以刚性链（如1,2-二苯乙烯基链），也可以是柔性链（如亚甲基链）。
连接的有极性链（如聚醚），也有非极性链（如脂肪族链或芳烃链）。
极性基团可以是阳离子型（如铵基），阴离子（如碳酸基，磷酸基，硫酸基，磺酸基，羧酸基），非离子型（如醇醚、酚醚和糖类)，两性离子型。
大多数的Gemini 表面活性剂结构对称含有两个相同的极性基团和两个相同的疏水链,现在人们还研制出含有三个或三个以上的极性基团或链Gemini表面活性剂。
1．Gemini表面活性剂的性质1.1临界胶束浓度Gemini表面活性剂的临界胶束浓度值比相应的传统表面活性剂低1-2个数量级。
对于m-s-m（s表示连接链长度，m表示疏水链长）型的Gemini表面活性剂，连接链s的长度对于CMC的影响成非线性关系，当s=4-6是，CMC值达到最大。
同样Krafft温度（离子型表面活性剂的溶解度随温度的升高逐渐增大，但达到某一温度点时荣季度急剧增大，该温度点称为Krafft点）达到最小值时，胶束数量达到最大，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连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。
1.2界面性质对于连接链有亚甲基组成的Gemini表面活性剂，在水/液界面上每个Gemini 表面活性剂所占的的面积与s不成线性关系。
链长m为12，连接链短（s≤4）的Gemini表面活性剂，在气/液界面上，其分子所占的面积随s的增加而增加，当s 介于10到12之间，面积大到最大值；对于连接链较长的表面活性剂，其分子所占的面积随s的增加呈下降趋势。
新型的Gemini表面活性剂
1 / 12表面活性剂是工农业生产和人类日常生活中常会用到的一种重要材料。
传统的表面活性剂有一个亲水基团和一个疏水基团，其离子头基间的电荷斥力或水化引起的分离倾向使得它们在界面或分子聚集体中难以紧密排列，造成表面活性偏低。
而相对分子质量在数千以上的高分子表面活性剂，尽管增溶性、增稠性、分散性、絮凝性等较佳，但一般难于在界面上形成稳定的取向层，表面活性较传统的表面活性剂弱，表面张力要很长时间才能平衡。
这些不足限制了传统的表面活性剂和高分子表面活性剂的应用。
近年出现的所谓低聚表面活性(Oligomericsurfactants)，是将两个或两个以上的两亲成分，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。
与传统的表面活性剂相比，它具有极高的表面活性，很低的克拉夫特(Kraff1)点和很好的水溶性，有些还具有与高分子表面活性剂相媲美的增稠性。
低聚表面活性剂在分子量上通常介于传统表面活性剂与高分子表面活性剂之间，它的出现填补了两者之间的空白，被誉为新代表面活性剂，最有可能成为21世纪广泛应用的一类表面活性剂。
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。
双子表面活性剂
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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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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
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阴离子Gemini表面活性剂
举例：
NaO
O
O
P O(CH2)mO P ONa
OC12H25
OC12H25
双烷氧基双磷酸盐 Gemini 表面活性剂
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O O
O
SO3Na SO3Na
二聚体磺酸盐阴离子Gemini 表面活性剂
O O
O
ห้องสมุดไป่ตู้
COONa COONa
二聚体羧酸盐阴离子Gemini 表面活性剂
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。
新一代表面活性剂_Geminis
化 学 进 展
PROGRESS IN C HEM IST RY
Vol. 11 No. 4 Nov . , 1999
新一代表面活性剂: Geminis
赵剑曦
(福州大学化学系 福州 350002) 摘 要 表面活性剂 Gemi ni (或称 di meric) 是由两个单链单头基普通表面活性剂在离 子头基处通过化学键联接而成 , 因而阻抑了表面活性剂有序聚集过程中的头基分离力 , 极 大提高了表面活性 。 与当前为提高表面活性而进行的大量尝试 , 如添加盐类 、 提高温度或 将阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂混合相比较 , Gemi ni 表面活性剂是概念上的突 破 , 因而被誉为新一代的表面活性剂 。 关键词 表面活性剂 g emi ni s 联接基团 高表面活性
’ = C10 H21 R= C 10 H21 , R
第 4期
赵剑曦 新一代表面活性剂 :
Geminis
· 351 · 续表
研究小组
Gemi ni 表面活性剂 E类 R R’ R O O O O CO ON a O O O CO O N a
联接基团
参考文献 J AOC S 1992, 69 , 626
A New Generation of Surfactants : Geminis
Zhao J ianx i ( Depart ment of Chemist ry , Fuzhou Univ ersi ty , Fuzhou 350002, Chi na ) Abstract Gemini ( o r di meric ) surfactant s are made up of t w o i dentical am phi phi lic m oi eties covalentl y connected a t the lev el of the headg roups by a spacer g roup. By thi s w ay the separatio n bet w een the pola r headg ro ups w ithin gemini surfactant s i s st ro ng ly decreased w hen they agg reg at e a nd thus the surf ace activi ty is g rea tly enhanced. Int roductio n of gemini surfactant s i s a breakt hroug h i n concept co mpa red wit h g eneral tests in enhanci ng surface activi ty , fo r ex ample, addi tion of salt , i ncreasi ng t em perat ure o r mixi ng ani onic /ca tionic surf actants. Therefo re g emi ni surf act ants were reput ed as a new g enera tio n o f surfact ant s. Key words surfactant s; geminis; spacer g roup; hig h surf ace activi ty 探索并合成具有高表面活性的新型表面活性剂一直是人们感兴趣的课题。 1974 年 , Deineg a 等曾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、 联接 基团 ( spacer)、 第二个离子头基 、 第二个碳氢链 (如图 1所示 ) 。 1988 年后 , 日本 Osaka 大学的 Okahara 和他的同事们合成并研究了柔性基团联接离子头基的若干双烷烃链表面 活性剂 [2- 6] 。 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 Meng er 合成了以刚性基团联接离子头基的双烷烃链表面活性剂 , 他给这类型顺序排列的 两亲分子起了个名字 : Gemini 表面活性剂 [ 7] 。 Gemini 在天文学上意思为双子星座 , 借用在
gemini表面活性剂 (2)
gemini表面活性剂
Gemini表面活性剂（gemini surfactants）是一种新型的活性剂，由两个表面活性剂分子通过共价键连接而成。
它
们的结构特点是具有两个疏水基团和两个亲水基团，可以
同时在两相界面上起到乳化、分散、增溶等功能。
Gemini
表面活性剂因其独特的分子结构，在许多应用领域中具有
优越的性能。
Gemini表面活性剂具有许多优点，如高效表面活性性能、低临界胶束浓度、溶解力强、增溶能力强、抑菌作用好等。
它们能够形成更稳定的胶束结构，提高物质的分散性和乳
化性能。
此外，由于其特殊的分子结构，Gemini表面活性剂还具有更低的毒性和生物降解性，对环境的影响较小。
Gemini表面活性剂的应用领域非常广泛，包括化妆品、医药、食品、油田、纺织、农药等行业。
在化妆品中，Gemini表面活性剂可以用作乳化剂、稳定剂、增溶剂等。
在纺织行业，它们可以改善染料的分散性和渗透性，提高
染色效果。
在油田和农药行业，Gemini表面活性剂可以用作乳化剂和增溶剂，提高药剂的效果。
总之，Gemini表面活性剂凭借其独特的分子结构和多重功能，在各个应用领域中展现了良好的应用前景。
新型的Gemini表面活性剂
表面活性剂是工农业生产和人类日常生活中常会用到的一种重要材料。
传统的表面活性剂有一个亲水基团和一个疏水基团，其离子头基间的电荷斥力或水化引起的分离倾向使得它们在界面或分子聚集体中难以紧密排列，造成表面活性偏低。
而相对分子质量在数千以上的高分子表面活性剂，尽管增溶性、增稠性、分散性、絮凝性等较佳，但一般难于在界面上形成稳定的取向层，表面活性较传统的表面活性剂弱，表面张力要很长时间才能平衡。
这些不足限制了传统的表面活性剂和高分子表面活性剂的应用。
近年出现的所谓低聚表面活性(Oligomericsurfactants)，是将两个或两个以上的两亲成分，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。
与传统的表面活性剂相比，它具有极高的表面活性，很低的克拉夫特(Kraff1)点和很好的水溶性，有些还具有与高分子表面活性剂相媲美的增稠性。
低聚表面活性剂在分子量上通常介于传统表面活性剂与高分子表面活性剂之间，它的出现填补了两者之间的空白，被誉为新代表面活性剂，最有可能成为21世纪广泛应用的一类表面活性剂。
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。
Gemini表面活性剂
Gemini表面活性剂是一种分子内含有2个亲水基和2个亲油基(有时是3个亲油基)的表面活性剂。
从分子结构看，它又相似于两个传统表面活性剂分子的聚结，故有时又称之为二聚(dimeric)表面活性剂。
Gemini型表面活性剂同三头三尾以及三个以上头三个尾以上的表面活性剂统称为低聚表面活性剂(oligomeric surfactants)。
Gemini型表面活性剂因其二聚的结构从而具有许多特殊的物化性质。
例如，超低界面张力、低临界胶束浓度、低Krafft点、良好的钙皂分散能力、在某些场合表现出良好的润湿性能、良好的协同效应等。
它长期以来一直是化学家研究的一个热点。
仅从最近数量众多的性能方面的研究论文和一些应用方面的专利就不难看出这一点。
新近的研究工作不断揭示了Gemini表面活性剂的一些新而独特的性质，使得科学家对它的研究兴趣长久不衰。
1.1.1 Gemini型表面活性剂[1-5]Gemini型表面活性剂是1974年由Y.Deinega首次合成出来的。
1988年日本，Okahara也合成出了这类活性剂。
1991年美国Emery大学，F.M.Menger和C．A.Littau较系统地合成了几种Gemini型表面活性剂，并确定了它们的基本性质。
他们把这类活性剂命名为Gemini。
Gemini是天文学用语，意思是双子星座，像“连体婴儿”，形象地表达了这类化合物在结构上的特征，也包涵有深远的意思。
其后被美国、日本和法国等国家从事表面活性剂、胶体和表(界)面化学界研究人员所认可。
1993年美国M.J.Rosen称Gemini为新一代或第二代表面活性剂。
现在倍受表面活性剂、胶体和表(界)面化学界、工业界的关注，最有可能成为21世纪广泛应用的一类表面活性剂。
传统型表面活性剂分子，如肥皂，是由一个亲水基和一个疏水基构成。
Gemini型表面活性剂是由两个传统型表面活性剂分子用一个联接基，在亲水基部位或靠近亲水基部位结合起来，形成一类新的表面活性剂分子。
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 。