1、毕业论文 文献综述 化学工程与工艺 一种双子表面活性剂的合成 一、 前言部分 表面活性剂 【 1】 是在加入很少量时即能大大降低溶剂的表面张力的一大类有机化合物。表面活性剂分子在溶液中和界面上可以自行结合形成分子有序体，从而在各种重要过程，如润湿、铺展、起泡、乳化、加溶、分散、洗涤中发挥重要作用。近期，表面活性剂在生命科学、能源科学、信息材料以及许多现代高新技术发展中发挥了重要作用，成为物理、化学、生命三大学科和许多技术部门共同关注的领域。 表面活性剂在工业、民用等各领域都有广泛的应用 【 2】 ，素有 “工业味精 ”之称 1。 随着全球范围环保意识的加强，对日常生活和工业领域中使用的表面活性
2、剂提出了许多新要求。近几年来人们一直致力于探索并合成具有高表面活性的新型表面活性剂。双子表面活性剂是近年来国际上研究最多的一种表面活性剂，此种具有双亲水基一双亲油基型表面活性剂作为一种崭新的、高性能的表面活性剂而逐渐被人们所认识。目前国外己经合成出了一系列阴离子、阳离子、非离子双子表面活性剂。与传统表面活性剂相比，这类表面活性剂具有优良的水溶性、极高的表面活性，良好的协同效应，以及其他一些独特的性能如水溶助长性、流变性和生物安全性等 2。 双 子表面活性剂具备低的临界胶束浓度值，对皮肤的刺激性很低 ， 己 被 应用到化妆品和医药配方中。双子表面活性剂是一类性能卓越的新型表面活性剂，具有高的表面
3、活性，好的水溶性和流变性等多种优点，有广泛的商业应用前景。目前国内外对该类表面活性剂还处于研究开发阶段，它能否工业化将取决于生产成本。如果双子表面活性剂的价格与市场上的表面活性剂价格相近，那么双子表面活性剂就会以它的高的表面活性和效率优势，赢得消费者的亲睐 ； 如果双子表面活性剂的价格稍高于目前市场上所售表面活性剂，那么可以通过添加少量的双子表面活性剂来改进传统表面活性 剂的性能。 众所周知，传统的表面活性剂只有一个亲水基团和一个亲油基团。而双子表面活性剂具有两个亲水基团和两个亲油基团，这两个双亲基团通过化学键连接而成 3。双子表面活性剂由于结构特殊，而具有特殊的性能，近年来已经发展成为表面活
4、性剂的研究热点。 二、主题部分 （阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述） 双子表面活性剂的研究开始于 1971 年 【 3】 ， Buton 等对双甲基烷基溴化胺的表面活性和临界胶束浓度进行了研究。 1974 年 Deinega 等合成了一族双子表面活性剂。 1988 年日本 Oska 大学 的 Okahara 等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。 1991 年美国 Emery 大学， EM.Menger 等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，
5、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。 1993 年， Rosen 小组采纳了“ Gemini”的命名，并系统地合成和研究了氧乙烯或氧丙烯柔性基团联接的 Gemini 表面活性剂 7。 1993 年美国 M.J.Rosen称 Gemini4为新一代或第二代表面活性剂 7。 1994 年， Q Huo 等对联接基团连接的离子头基和烷基链不同的双子表面活性剂进行的研究，并考察了它们的应用价值。 1997年， Pestman 等合成了糖基类非离子 Gemini 表面活性剂。 2001 年， Meager 等第一次合成了两性 Gemini 表面活性剂
6、，他们合成的分子一个极性头为季按盐，另一个极性头为磷酸根。双子表面活性剂现在倍受表面活性剂、胶体和表 (界 )面化学、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。 双子表面活性剂是近年来发展较快的一类 新型表面活性剂，是表面活性剂领域研究的热点之一，其合成方法与性能研究受到人们的广泛关注。早期研究的双子表面活性剂比较简单，一般是联接基连接两个头基和烷基链都相同的结构，不过最近 ReikoOda 等合成并研究了含碳氟链的双子表面活性剂。 双子表面活性剂与传统型表面活性剂相比在性质上有很大区别，概括如下： 1.极容易吸附在气 /液表面 5，而且有多种形态，比传统型表面活性剂溶液
7、有大得多的表面活性。较高的表面活性意味着完成某一具体用途时的用量较少，从而需要更少的原料，产生更少的需要处理的副产品。 2.很容易聚集成胶 束 6，临界胶束浓度比传统表面活性剂溶液低。这意味着一些不溶的物质能在较低的表面活性剂浓度下的溶液中增溶。 3.大部分阴离子双子表面活性剂的 Kraff 点 (TkP质量分数为 1%)都在 0以下，表明有良好的水溶性，这是由于双子表面活性剂含有两个亲水基团的缘故。 4.优良的润湿性，洗涤去污能力强。 5.与传统非离子型表面活性剂复配产生更大的协同效应，可大幅度降低体系的表 (界 )面张力。 6.奇特的粘度特性。传统型表面活性剂的浓度和粘度这两个物理参数，没
8、有定性和定量的线性关系。而 Gemini 型表面活性剂的粘度随浓度 增加而迅速增大，粘度值大小可相差 6 个数量级，在 1%时生成巨大的线形胶团，溶液像胶一样具有高粘弹性，当浓度增加到 7%时，由于结构变化，粘度又逐渐下降这是一种奇特的粘度现象。 7.双子表面活性剂具有较高的生物安全性 7。 在 Gemini 表面活性剂分子结构中，由于两个离子头基靠联接基团通过化学键连接，由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接，致使其碳氢链间更容易产生强相互作用。既加强了碳氢链间的疏水结合力，而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱，这就是 Gemini 表面活性剂与普通单链单头基表面 活性
9、剂相比较，具有更高表面活性的根本原因。这种通过化学键联接方法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。 考虑对环境友好和社会经济可持续发展，又开发了无毒或低毒、利用再生资源以及功能性的双子表面活性剂，如以氨基酸、糖昔等为基的表面活性剂。同时也报道了环双子表面活性剂和一种有 4 个离子基四面体为中心的金刚烷相连的双子表面活性剂，以及不对称双子表面活性剂。在双子表面活性剂的合成上，随着研究者的期望升高而复杂，寻找新的化 合物是合成化学的重要任务之一。我国目前己生产一些双季按盐类表面活性剂就是双子表面活
10、生剂，然而没有认知它们与传统表面活性剂的根本区别。近年来己有从双子角度探索的研究文章，但不多且主要是综述。 与普通活性剂相比，双子表面活性剂在溶液界面的吸附能力大 100-1000 倍。这意味着双子表面活性剂比普通活性剂效率更高。例如，降低溶液的表面张力、起泡或形成乳液、微乳液所需的双子表面活性剂的浓度比普通活性剂的浓度更低。 Karlsson8等人报道了阳离子双子表面活性剂用于压缩 DNA 的功能。另据报道，它们也能用作纳米材 料、多孔材料、立方间隙多孔的石英和间隙多孔石英材料以及六边形对称材料的合成模板。当用含有双子表面活性剂的溶液制备时，金胶体颗粒或银胶体颗粒比用其他方法制备的大 10
11、倍。 阳离子双子表面活性剂和阴离子双子表面活性剂都能用于胶束电动力学毛细管色谱来分离电中性化合物或用作膜电极。 Massi 等人发现，在季按盐双子表面活性剂的分子结构中引入全氟链能使活性剂变成高效杀菌剂。 EIAchouri 等人发现一些阳离子表面活性剂能抑制铁的腐蚀。最近， Chen 等人发现双子表面活性剂能有效地降低原油中的油一水表面张力并且其降低表面张力 能力优于普通表面活性剂。 由于双子表面活性剂的特殊结构 9，它不仅具有高表面活性，而且产生新形态聚集体和奇异性质，为多学科交叉创造条件，将在化学生物学、纳米科技、超分子与合成化学的发展中受到重视。预期在抗 HTV、抗肿瘤、基因转染方面，
12、在环境保护、三次采油和新型功能材料制备等工业中有较好的应用前景。但是仅仅从宏观的角度去研究双子表面活性剂的这些优异特性，是远远不够的。还必须深入了解其性质和结构的关系，研究双子表面活性剂分子在溶液中聚集，缠绕的具体状态。 双子表面活性剂是一类性能优良的新型表面活性剂，具有高的 表面活性，好的水溶性，有广泛的商业应用前景。目前国际上进行双子表面活性剂商业化生产的公司很少，产量很低，价格十分昂贵。目前困扰双子表面活性剂产业化的瓶颈问题是其高昂的价格。因此，如果能够充分利用中国等发展中国家的低成本劳动力开发高效廉价的双子表面活性剂，或者将双子表面活性剂与普通表面活性剂复配使用，双子表面活性剂一定能够
13、找到更多的应用和更大的市场。 三、总结部分 （将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测） Gemini 型表面活性剂在我国尚处于实验室合成各种样品 【 10】 ，测定基本性能 的阶段。有针对性地加速开发 Gemini 型表面活性剂，是一项高科技研究课题；也为 Gemini 型表面活性剂的发展提供了大市场。双子表面活性剂具有极大的潜在应用前景。它的浓度小，粘度高；低表面张力和优良的润湿性能。双子表面活性剂具备低的 cmc 值，对皮肤的刺激性很低已应用到化妆品和医药配方中。 condea(康迪雅 )公司推出了 ceralutiaon 双子表面活性剂，用于个人护理用品工业。
14、 综上所述，双子表面活性剂是一类性能卓越的新型表面活性剂，具有高的表面活性，好的水溶性和流变性等多种优点，有广泛的商业应用前景。目前国 内外对该类表面活性剂还处于研究开发阶段，它能否工业化将取决于生产成本。如果双子表面活性剂的价格与市场上的表面活性剂价格相近，那么双子表面活性剂就会以它的高的表面活性和效率优势，赢得消费者的亲睐；如果双子表面活性剂的价格稍高于目前市场上所售表面活性剂，那么可以通过添加少量的双子表面活性剂来改进传统表面活性剂的性能。 四、参考文献 （根据文中参阅和引用的先后次序按序编排 1郑薇，表面活性剂的技术进展化工进展， 2003 年第 22 卷第 4 期 2Milton J
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