Gemini：Gemini表面活性剂的性质和应用(组图)

Gemini 表面活性剂的性能和应用总结： Gemini 表面活性剂由于其独特的结构而表现出优异的表面活性。综述了Gemini表面活性剂的结构特点和优良性能，讨论了其主要应用方面，并指出了未来的发展方向。关键词：Gemini表面活性剂具有优异的表面活性特殊结构。总结了其结构特点的优良性能，并指出了其主要应用方面的发展趋势。关键词：双子表面活性剂结构结构性质应用表面活性剂是一种具有两性结构的有机化合物，其分子中至少含有两个不同极性和亲液性的基团。应用研究的历史并不长，

其用量虽小，但在改进工艺、提高产品质量、增产节电等方面效果显着，被誉为“工业味精”。由于其独特的两亲结构，表面活性剂具有降低表面张力和产生正吸附等多种功能，因此在应用中可以发挥特殊的作用，如起泡、消泡、乳化、分散、增溶、洗涤等。起网、润湿、渗透等除上述主要功能外，其他功能均来源于其强吸附性、离子性、吸热性，如柔软顺滑、抗静电、匀染、固色、防水、抗-腐蚀和抗病毒。正是因为表面活性剂的这些应用功能，它才成为几乎每个工业行业中使用的助剂，并且越来越多地进入民用市场。传统的表面活性剂分子一般由两部分组成：一部分是非极性亲油（疏水）烃部分和极性亲水（疏油）基团。随着世界经济的发展和科技领域的发展，表面活性剂作为“工业味精”的发展更加迅速，年产量以4%～8%的速度增长。目前，产量已超过1000万吨。品种近万种，市场前景十分广阔。最近几年，完全采用合成路线开发的新产品逐渐减少，更加注重向高性能、低成本、可再生资源、安全无毒、环保的方向发展，发展前景看好非常广泛。新型表面活性剂取自油脂化学品，因此被认为是环境相容的表面活性剂，制备新型表面活性剂的原料可再生，可生物降解，对鱼类有益。毒性低，此外，一些新型表面活性剂性质温和，特别是糖基衍生物不会对人体皮肤和头部造成明显伤害。和环保，其发展前景十分广阔。新型表面活性剂取自油脂化学品，因此被认为是环境相容的表面活性剂，制备新型表面活性剂的原料可再生，可生物降解，对鱼类有益。毒性低，此外，一些新型表面活性剂性质温和，特别是糖基衍生物不会对人体皮肤和头部造成明显伤害。和环保，其发展前景十分广阔。新型表面活性剂取自油脂化学品，因此被认为是环境相容的表面活性剂，制备新型表面活性剂的原料可再生，可生物降解，对鱼类有益。毒性低，此外，一些新型表面活性剂性质温和，特别是糖基衍生物不会对人体皮肤和头部造成明显伤害。

有的新型表面活性剂是在普通表面活性剂的基础上进行结构改性（如引入一些特殊基团），有的是结构改性为一些原本不具有表面活性的物质，还有一些是从天然产物中发现的。具有两亲结构的物质，有些是具有新结构的合成表面活性剂。Gemini型表面活性剂因其独特的结构，表现出良好的水溶性、较低的cmc等诸多优越性能，成为新型表面活性剂的代表。Gemini表面活性剂在传统的表面活性剂分子中只有一个亲水基团和一个亲油基团。由于这种表面活性剂的疏水链之间的缔合，离子头基与水之间的电荷排斥 化学造成的分离之间存在平衡，因此它们不能在界面或分子聚集体处更紧密地堆积，因此降低表面张力的能力有限。经过大量研究，人们提出了许多提高表面活性的物理方法，如加入电解质屏蔽离子头基的电荷排斥、提高温度降低非离子表面活性剂的水合程度、两种表面活性剂之间的复配等。然而，这些物理手段具有局限性。例如，提高温度可以降低聚氧乙烯的水合度，但也会降低溶解度。添加电解质对提高非离子表面活性剂的表面活性影响不大。正负离子表面活性剂复配时，由于电中和作用，表面活性离子缔合对的水溶性降低，极易发生沉淀。近年来，一种新型的表面活性剂引起了人们的关注，即两种或多种相同或不同的两亲组分通过化学键连接成为具有多个亲水基团和多个疏水长链的表面活性剂。它们统称为多聚体表面活性剂，其中二聚体研究较多。两种或两种以上相同或不同的两亲组分通过化学键连接成为具有多个亲水基团和多个疏水长链的表面活性剂。它们统称为多聚体表面活性剂，其中二聚体研究较多。两种或两种以上相同或不同的两亲组分通过化学键连接成为具有多个亲水基团和多个疏水长链的表面活性剂。它们统称为多聚体表面活性剂，其中二聚体研究较多。

由于该类表面活性剂的亲水基团是通过共价键结构连接的阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，可以使亲水基团之间排列更紧密，因此具有较高的表面活性和许多特殊性能。Gemini 表面活性剂的研究始于 1971 年，当时 Buton 等人。首次合成了一类阳离子 Gemini 表面活性剂：1991 年阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，Menger 等人。最先形象地称二聚体为双子座双子座表面活性剂。这种新型表面活性剂的研究热潮。1.1 Gemini型表面活性剂结构 Gemini型表面活性剂结构示意图如下： 图1. Gemini型表面活性剂的结构 Gemini型表面活性剂是其分子利用连接基团将2个表面活性剂单体在其亲水性头基处或附近通过化学键连接在一起，形成1个具有2个亲水基团和2个亲油基团。Gemini 表面活性剂具有优于传统表面活性剂的性能。Gemini 表面活性剂分子的结构使其更容易在碳链之间产生强大的范德华力，在离子头基团之间形成共价键，并在表面活性剂有序聚集过程中抑制头基团的分散力。，大大提高了表面活性，明显表现出更容易在气/液表面吸附，更有效地降低表面张力，降低牛皮纸点，更好的润湿性，更好的钙皂分散和络合。

因此，Gemini表面活性剂可在生物化学、药物化学、石油化学等诸多领域发挥重要作用。此类表面活性剂的合成、性能及应用已成为国内外表面和胶体领域的热点，备受关注。1.2 Gemini 表面活性剂临界胶束浓度的性质 疏水性烃链之间存在强相互作用，抑制了亲水性离子头基之间的静电排斥引起的分离，增强了疏水性烃链。链之间的结合使 Gemini 表面活性剂更容易聚集成胶束。Gemini表面活性剂的临界胶束浓度值低于相应的传统表面活性剂，且易吸附于气液表面，比传统表面活性剂高10-100倍，降低水的表面张力和油水的界面张力。影响。对于亲水基团为阳离子基团的Gemini表面活性剂，随着端基极性的增加和连接链长度的减少，cmc值急剧下降。亲水基团是阴离子表面活性剂，其cmc值低于相应的阳离子。增溶双子表面活性剂不易在晶格中积累，是一种良好的水溶性促进剂。在研究一系列不同类型表面活性剂对直链烷基苯的增溶效果时，发现Gemini表面活性剂的增溶效果最好。

聚集数N是指每个胶束中所含分子的数量，可以反映聚集体的大小。Gemini表面活性剂端基极性的增加和连接链长度的减小可以增加聚集数N。对于阳离子Gemini表面活性剂，端基极性的增加会增加聚集趋势。对于离子型Gemini表面活性剂，在相同温度和浓度条件下，连接基团越小，胶束聚集数越大。协同效应 合适的表面活性剂混合物体系可以产生协同效应，不仅可以表现出比单一表面活性剂体系高得多的表面活性，而且可以大大降低成本。表面活性剂协同作用的存在与否取决于不同的混合体系，没有通用的规律可循。但与两种普通表面活性剂的混合物相比，双子表面活性剂和普通表面活性剂复合体系的cmc值采用表面张力法测定，其cmc值降低了一个数量级。因此，混合体系在降低表面张力效率和还原能力方面具有很强的协同作用。界面性质 Gemini 表面活性剂的吸附方式主要由连接基团的限制和整个分子在相界面上的亲和力决定。相互作用包括极性基团与水相的相互作用和非极性基团与油相或空气的相互作用。当限制效应大于亲和效应时，Gemini表面活性剂将以线性或接近线性的方式吸附在界面或表面上；当亲和效应占优势时，会以弯曲或环状不规则形式吸附在界面或表面上。在表面上。

曼恩等人。从原子显微镜结果初步认为，表面活性剂与固体表面的相互作用面积在很大程度上影响了表面活性剂吸附聚集体的形态。Gemini 表面活性剂倾向于在固/液界面形成比溶液中的聚集体具有更低曲率的吸附聚集体。Gemini表面活性剂的应用2.1 Gemini非离子表面活性剂以无水葡萄糖和乙二醇为原料，马来酸酐为连接基团，月桂酸合成了一种新型的Gemini非离子表面活性剂-GME，表面活性剂比表面活性剂具有更高的表面活性。传统的非离子表面活性剂，是一种理想的表面活性剂。GME结构含有葡萄糖单元，是一种绿色可降解表面活性剂。2. 2 磺酸基Gemini表面活性剂的临界胶束浓度比传统磺酸基Gemini表面活性剂的cmc低1-2个数量级，而磺酸基Gemini表面活性剂的C20比传统磺酸基Gemini表面活性剂低2-3个数量级传统的磺酸基表面活性剂。因此，磺酸基 Gemini 表面活性剂具有更高的表面活性，在溶液中更容易聚集形成胶束。然而，由于磺酸基团的静电排斥和空间位阻，形成的胶束聚集数小于传统表面活性剂的聚集数。活性剂。磺酸基Gemini表面活性剂的cmc值随着其链节的增加而降低，表面张力（cmc）随着链节的增加而略有增加。

磺酸基Gemini表面活性剂的Krafft点低于273 K7，说明磺酸基Gemini表面活性剂具有良好的低温溶解性，使其在冰冷水中具有更好的应用性能。磺酸基Gemini表面活性剂的cmc值非常低，比传统表面活性剂更容易在溶液中形成胶束，因此具有更强的增溶能力。并且增溶量随着磺酸基Gemini表面活性剂分子碳链长度的增加而增加，随着连接链的增加而增加。磺酸基Gemini表面活性剂具有两个磺酸基团，因此具有很强的亲水性和良好的润湿性。表面活性剂的起泡能力与表面张力密切相关，泡沫稳定性与泡沫液膜的机械强度和粘度有关。发现了具有良好对称性的磺酸体系。Gemini 表面活性剂具有更好的泡沫性能。磺酸基Gemini表面活性剂性能优越，应用广泛，原料来源广泛，分子结构设计灵活，合成相对容易。对这类表面活性剂的研究将会越来越深入。2.3 阳离子双子表面活性剂 带有烃链连接基团的阳离子双子表面活性剂比其他表面活性剂更容易在两相界面吸附，吸附能力高于其他表面活性剂。10～1000次，在降低表面张力、起泡、稳泡、乳化等方面效率高，

具有氨基连接基团的 Gemini 表面活性剂比相应的单烷基亲水性表面活性剂具有更高的表面活性。2.4 阴离子双子表面活性剂 以二乙烯三胺、丙烯酸甲酯、月桂酰氯等为原料，通过迈克尔加成反应、酰胺化缩合反应和皂化反应合成了具有新结构的阴离子双子表面活性剂。表面活性剂。与相同链长的传统阴离子表面活性剂的SL和SDS相比，具有更低的cmc、更高的表面活性和更大的饱和吸附面积[12] 2.5Gemini表面活性剂，用于DNA测定和作为阳离子Gemini表面活性剂用于基因治疗，G14-3-14分子可以通过静电作用和疏水作用等在其表面形成聚集和长距离组装。以 DNA 分子为模板。这种聚合增强了系统的 RLS 响应。并成为核酸定量测定的依据[13]。Gemini 表面活性剂作为基因治疗的非病毒载体的开发一直是研究的主要焦点，主要是因为 Gemini 表面活性剂的结构可以诱导表现出更高转染效率的多晶型结构（层状、六角形或立方相）。[14] 2.6 Gemini表面活性剂型药物载体脂质体药物载体如脂质体或药物/脂质复合物已广泛应用于基因治疗、药物载体、靶向药物和抗菌治疗等临床试验。 ，无论是天然的还是合成的，目前正在研究中，

其中，Gemini 表面活性剂已被证明在将遗传物质传递到细胞内部方面非常有效，并且还被证明可用作脂质体药物载体的添加剂[15]。这一结果使化学家们在基因治疗上取得了创造性的成果：开发了一种基于糖、氨基酸和肽的pH敏感型Gemini表面活性剂，其中许多具有良好的生物学特性，在药物方面具有良好的应用前景载体。Gemini型表面活性剂的应用前景 Gemini型表面活性剂作为一种性能优良的新型表面活性剂，由于其特殊的结构不仅具有高表面活性，而且还产生新型聚集体和奇特性能，它是一门多学科交叉学科，为化学生物学、纳米技术、超分子和合成化学的发展创造了条件并将受到重视，预示着它将给表面活性剂的应用领域带来新的变化。预计在抗HIV、抗肿瘤、基因转染以及环保、三次采油和新型功能材料制备等行业具有良好的应用前景。众所周知，表面活性剂的实际应用通常是多组分体系，例如，它含有一些添加剂，如醇、盐，或各种表面活性剂的组合。该系统利用不同组分之间的协同作用来提高系​​统的表面活性。. 然而，目前关于无机盐对双防腐型表面活性剂性能影响的研究还很少。此外，双子表面活性剂复合体系之间的协同作用也需要进一步研究。

从目前的结构类型和合成路线来看，大部分Gemini表面活性剂的合成步骤长、原料昂贵、提纯难度大，工业化生产困难重重。因此，双子表面活性剂的开发仍需从优化合成路线入手，提高产品纯度，尽快实现工业化生产。希望有关部门组织协调有关单位分担一些任务，共同开发此类产品，推动我国表面活性剂行业的快速发展。四、参考文献：[1]常志诚．新型表面活性剂的发展现状及发展趋势[J]. 第十届全国工业表面活性剂技术、经济与应用发展会议论文集，PhaseBehavior 双子座表面活性剂。2007 28:143–154. [8]Menger iper S.Geminisurfactants[J].Agew Chem.Im.Ed,2000,39:1906—1920. [9]朱森,发诚，王军，eta1。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。法成，王军，eta1。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。法成，王军，eta1。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。法成，王军，eta1。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。法成，王军，eta1。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。法成，王军，eta1。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。法成，王军，eta1。阴离子 Gemini 表面活性剂：水溶液的合成和聚集性能[J]. 胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。水溶液的合成及聚集性能[J]．胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。水溶液的合成及聚集性能[J]．胶体表面 A：物理化学工程方面。2006 年，281：35-39。