Gemini表面活性剂在多个领域的应用

马健钧

摘要：本论文主要讨论对Gemini表面活性剂在当代的多个领域的应用：对某些特定菌类的杀菌效果以及分子结构对杀菌活性的影响大小，表面粘弹性的影响因素。脂肪酸酯季铵盐表面活性剂是近些年发展起来的一类新型表面活性剂，具有许多良好的性能。并且此类表面活性剂对皮肤、眼睛的刺激性低，毒性小，因为酯基的引入使之容易生物降解，匹配现今国际社会的“环保”、“绿色”的要求。可应用在纺织行业，也可用在洗发、护发，皮革保护，油田杀菌及原油乳化等多个领域中。季铵盐表面活性剂由于其“三高、两憎”等 特殊性能，具有其它表面活性剂所不具备的一些特点，从而广泛应用于化工、机械、电气、纺织、皮革、橡胶塑料、涂料油墨、石油、煤炭、采矿和造纸业等许多行业。研究者从分子结构设计出发，研究合成了具有某些特定功能的含氟季铵盐，对其作为相转移催化剂、金属腐蚀抑制剂、多功能织物整理剂、泡沫灭火剂、抗菌剂等的应用进行了大量的研究。

关键词：Gemini表面活性剂;菌类;分子结构;杀菌活性;表面张力;影响因素

目前主要对双烷链 Gemini 型季铵盐表面活性剂进行了较为深入系统的研究，表明其在石油的开采、生物学上的抗菌和油田循环水的杀菌灭藻、相转移催化化学反应等领域具有广泛的应用前景[1]，季铵盐表面活性剂具有良好的杀菌效果，目前国内所使用的季铵盐类消毒剂主要有新洁而灭、度米芬消毒剂等，是由单头基单烷烃链季铵盐表面活性剂构成。

论点1

为什么Gemini表面活性剂对某些特定菌类的杀菌效果？

原因：这是由于正电性的季铵离子头基可吸附于负电荷的细菌表面，改变了细菌细胞壁的通透性，使菌体内组分泄露。其次，季铵盐表面活性剂的烷烃链可与细胞的类脂层发生疏水相互作用而插入其中，导致酶失活和蛋白质变性[2]。

由于季铵盐表面活性剂在水中解离的阳离子能在细菌与水或空气的界面发生定向吸附，形成紧密排列的界面膜，阻碍了有机体的呼吸或切断了营养物质的来源，从而达到杀菌和防霉的目的[3]。

论点2

Gemini表面活性剂在各业中的应用及原理

（1）在道路建设过程中，我们除了使用混凝土铺路外，还可以使用沥青进行铺路。季铵盐表面活性剂用作沥青乳化剂，可以改善其润湿性和流动性，便于施工，增强沥青与石头的粘附力。[4]

（2）季按盐表活剂在油品氧化脱硫中的应用：季氨盐相转移催化剂可以使界面张力达到合适的值，以增加相界面积，能有效地增加氧化剂在油相的分布，减小反应阻力，使反应能在相对温和的条件下顺利进行，提高反应速率。[5]

（3）工业废水在处理过程中受到温度和压力等因素的影响，废水中的无机盐达到过饱和状态而结晶成垢，难以清洗。反应型季铵盐具有反应活性，能以化学键的形式牢固地吸附在金属表面，因而其缓蚀效果比一般的表面活性剂更加理想和持久。[6]

（4）金属保护膜：在腐蚀介质中对金属表面有较好的吸附性，改变了金属表面的性质，抑制了腐蚀介质对金属的腐蚀。表面活性剂分子中的亲水基吸附在金属表面的活性点或整个表面上，而亲油基起到隔离作用，形成一种疏水性保护膜[7]。

（5）超临界 CO2助剂

超临界 CO2作为绿色有机溶剂已经越来越受到重视。一方面，CO2无毒、不易燃、无污染，而且资源丰富，价格便宜;另一方面，通过改变超临界CO2的形成条件（温度、压力），可以调节CO2的溶剂特性[8]。

论点3

影响表面张力的影响因素：稀溶液的表面张力几乎没有变化，这是因为稀溶液体系中表面活性剂分子很少，降低表面张力能力有限;而浓度较大的水溶液在吸附初始阶段表面张力均下降较快，且浓度越大降幅越大，表面张力达到平衡所用的时间越短。普通表面活性剂随着疏水基碳原子数目的增加，临界胶朿浓度降低，C20值降低。但是当低聚表面活性剂的疏水基碳原子数增加到某一限度，会发生反常现象，即疏水基碳原子数多的cmc和C20反而大。当疏水基为16或更多碳原子的低聚表面活性剂第一次暴露在水中时，分子与分子之间可能重新组织形成更有秩序的聚集体，从而减少与水的接触。[9]

论点4

含氟季铵盐表面活性剂的应用：

金属腐蚀抑制剂，含氮类缓蚀剂能阻止设备的金属零件在腐蚀介质中的磨损，是一种有效的保护方法。含氮类腐蚀抑制剂中最重要的一类就是由季铵盐构成的，而季铵盐通常用来保护金属免除酸和矿化媒介的腐蚀。季铵盐属于阳离子抑制剂，用于金属的防腐不需要特殊的技术，它可以直接溶解在腐蚀性水介质中。[10]

参考文献

[1]王中才.酯基Gemini型季铵盐表面活性剂的合成、性能及应用研究[D].江南大学，2005.125（6）：12

[2]彭国峰.双季铵盐表面活性剂的合成及应用性能研究[J]. 有机化学.2013，35（5）：10

[3]张文斌，王全杰，魏星星.季铵盐表面活性剂的合成与应用研究进展[J]. 皮革与化工.2015，161（3）：18

[4]张文斌、王全杰、魏星星.季铵盐表面活性剂的合成与应用研究进展[J]. 皮革与化工.2015，161（3）：15

[5]王中才.酯基Gemini 型季铵盐表面活性剂的合成、性能及应用研究[J].江苏化工.2005，125（13）：40

[6]黄颖虹，郑 成，林 璟，毛桃嫣，徐运欢，陈瑞兰.反应型季铵盐表面活性剂的合成与应用研究进展[J].日用化学工业.2014，44（3）：160

[7]王渊.酯基型和羟基型 Gemini双季铵盐表面活性剂的合成及性能研究[J].化学工程与技术.2017，156（4）：42

[8]張振宇.脂肪酸酯季铵盐表面活性剂的合成与性能研究[J].东北石油.2011，257（5）：37

[9]马艳超.多季铵盐表面活性剂合成及性能研究[J].日用化学工业.2009，236（4）：39

[10]徐运欢，郑成，林璟，毛桃嫣，黄武欢.含氟季铵盐表面活性剂的合成与应用研究进展[J].化工进展.2013，32（7）：1646