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双子表面活性剂性质、合成及应用介绍

一、双子表面活性剂简介

通过化学键将两个或两个以上的同一或几乎同一的表面活性剂单体，在亲水头

基或靠近亲水头基附近用联接基团将这两亲成份联接在一起，形成的一种表面活性

剂称为双子表面活性剂。双子表面活性剂的研究最早始于20世纪70年代。1971

年Bunton等人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、联结基团、第二个离子头基、第二个碳氢链，并且把它作为相转移催化剂使

用，结果发现它比普通的阳离子表面活性剂具有更高的催化效率。

1988年后，日本Oskaa大学的专家们合成并研究了柔性联结基的若干双烷烃

链表面活性剂。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Emery大学的Menger教授和Lihua等人合成并研究了刚性联结基团的双

烷烃链表面活性剂，并给这种类型表面活性剂起名为GeminisurfactantsGemini在

天文学上的意思为双子星座，以此形象地表达这类表面活性剂的分子结构特点。我

国学者赵国玺也因此将其译为“双子表面活性剂”。

双子表面活性剂是一类带有两个疏水链、两个亲水链和一个联接基团的化合

物，类似于两个普通表面活性剂通过一个桥梁连接在一起，但值得注意的是，联接

基团应在极性头基或靠近极性头基处相连接。如下图：

从分子结构看，双子表面活性剂与两个表面活性剂分子的聚集相似，故有

时又称为二聚表面活性剂或孪链表面活性剂。双子表面活性剂的结构如下图所

示

在双子表面活性剂的分子结构中，两个亲水基通过联结基团靠化学键联接，由

此使两个表面活性剂单体相当紧密地结合，这种结构一方面增强了碳氢链的疏水作

用，另一方面使亲水基间的排斥作用因化学键限制而大大削弱。因此，联结基团的

介入及其化学结构、联接位置的变化，使Gemini表面活性剂结构具有多样化，从

而具有更优良的物理化学性质及界面活性

该类表面活性剂有阴离子型、非离子型、阳离子型、两性离子型及阴-非离子

型、阳-非离子型等。

二、双子表面活性剂的合成及在制革业中的应用

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表面活性剂”，即双子表面活性

剂。双子表面活性剂特殊的结构决定它比传统表面活性剂具有更优良的性能。

它具有两个亲水基和疏水基，通过联接基团将两部分连接，联接基团有化学键

作用，降低了两极性间的静电排斥力及其水化层间的作用力，使得双子表面活

性剂具有低CMC特性。

与单烷烃链和单离子头基组成的普通表面活性剂相比，双子表面活性剂具

有如下特征性质：

（1）易吸附在气/液表面，有效地降低水的表面张力；

（2）易聚集生成胶团，有更低的临界胶束浓度；

（3）具有很低的Kraff点

（4）与普通表面活性剂间的复配能产生更大的协同效应；

（5）具有良好的钙皂分散性能；

（6）优良的润湿性能。

三、双子表面活性剂分类

双子表面活性剂种类主要有硫酸酯盐、磺酸酯、羧酸酯、磷酸酯型。

1、硫酸酯盐型（-OSO3M）和磺酸盐型（-SO3M）

硫酸酯盐型表面活性剂主要包括高级脂肪醇硫酸酯盐和高级脂肪醇醚硫酸

酯盐，此外还有硫酸化油、硫酸化脂肪酸和硫酸化脂肪酸酯等。硫酸酯盐型表

面活性剂具有良好的发泡能力和洗涤性能，在硬水中性能稳定，水溶液呈中性

或微碱性。其合成方法是先用相转移催化法合成二环氧化合物，再用长链的脂

肪醇与二环氧化合物反应生成低聚二醇，最后在一定条件下，低聚二醇与氯磺

酸或丙磺内酯反应生成硫酸酯盐或磺酸盐型双子表面活性剂，但其产率并不

高。为克服产率和产品纯度的缺陷，姚志刚等采用另一条合成路线，用牛磺酸

钠与二溴乙烷反应得到乙二胺二乙磺酸钠，然后与油酰氯反应得到N,N′-双油酰

基乙二胺二乙磺酸钠，大大提高了产率和纯度。贾卫红等以脱氢枞胺、α，ω-二

溴代烷和2-溴乙基磺酸钠为原料制备了4种松香基磺酸盐双子表面活性剂N，

N′-二乙基磺酸钠-N，N′-二脱氢枞基-α，ω-二胺。用傅里叶变换红外光谱、核磁

共振波谱对系列目标产物的结构进行了表征，得出这四种表面活性剂具有良好

的润湿性能和较低的CMC，其表面活性随分子结构中连接的亚甲基链长度的增

加而增强。硫酸酯盐型和磺酸盐型双子表面活性剂是目前较为常见的阴离子1

型双子表面活性剂，较适合工业化大规模生产，