皮革工业中双子表面活性剂的广泛运用.doc

皮革工业中双子表面活性剂的广泛运用 　　前言 　　双子表面活性剂（Gemini 表面活性剂）也称作孪连表面活性剂、双生表面活性剂或是偶联表面活性剂，是一类新型表面活性剂，通过联接基将两个传统表面活性剂分子的亲水基或接近亲水基处连接起来而形成的，其结构如图 1 所示[1-2]. 　　从亲水基的性质方面考虑，可以将双子表面活性剂分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型四种。阳离子型的表面活性和可生物降解性能良好，主要以季铵盐类为主；阴离子型包括磷酸盐、羧酸盐、磺酸盐和硫酸酯盐型四种类型；非离子型包括醇醚型、酚醚型和糖类衍生物等，具有良好的乳化性、润湿性和去污性等性能；两性离子双子表面活性剂耐酸、碱、盐，可在较宽 pH范围内使用[3-4].鉴于合成及纯化相对较易，目前研究最深的是阳离子双子表面活性剂[5]. 　　双子表面活性剂的物理化学性质和界面活性优良，具有以下基本特征[6-9]:1）CMC（临界胶束浓度）值较低，对有机物的增溶作用强；2）C20 值较低，表面活性大，能降低水的表面张力；3）Krafft 点 （当温度升至某点时，表面活性剂的溶解度急剧升高，该温度称为 Krafft 点）很低，水溶性好；4）当浓度较低时具有很高的黏度；5）降低水溶液表面张力的倾向大，而聚集生成胶团的倾向较小；6）将双子表面活性剂与传统表面活性剂复配，产生的协同效应大。 　　双子表面活性剂比传统的表面活性剂结构更加特殊，具有水溶助长性、流变性和生物安全性[10],且其自缔合浓度比传统的低几百倍，而界面活性比传统的高很多，所以双子表面活性剂的开发应用能够为表面活性剂科学更广阔的前景做突出贡献。目前为止，双子表面活性剂已经在皮革、造纸及生物技术等科学研究领域中得到了广泛的应用[11-12]. 　　1 双子表面活性剂的合成进展 　　目前，相关领域研究的双子表面活性剂大多是对称的，主要包括阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型四种类型。此外，对于低聚表面活性剂也有所研究，例如三聚体、四聚体等，但随着其聚集体数的逐渐增大，其产物的合成会变得较困难，研究也较少[13]. 　　1.1 阳离子双子表面活性剂的合成 　　阳离子型表面活性剂可以广泛应用于皮革加脂剂、固色剂、柔软剂及有机硅滑爽剂等的研究中[14].目前，主要研究的季铵盐类阳离子型双子表面活性剂与传统的表面活性剂相比，其临界胶束浓度较低、生物降解性较好且毒性较小[2]. 　　陶明山等人[14]合成了两种结构对称和一种结构不对称的酰胺基阳离子型双子表面活性剂，研究结果发现该类表面活性剂的乳化能力会随着碳链的增加而增强，但起泡性会随之而变差，且其水溶性优良，Krafft 点均会小于 0 。 　　Zana 等人[15]研究了一系列阳离子型表面活性剂的制备方法，该方法能够同时用于制备双烷基双季铵盐类和多烷基多季铵盐类双子表面活性剂，且此类双子表面活性剂可由长链烷基二甲基叔胺及其盐酸盐和环氧氯丙烷反应制得，其反应通式如图 2 所示。 　　Bhadani 等人[16]合成了一类以联接基团为硫醚的咪挫阳离子双子表面活性剂（如图 3）。结果表明：该系列表面活性剂亲水头基中含有咪唾杂环分子，与传统的阳离子双子表面活性剂相比，其临界胶团浓度较低但表面张力较高。 　　1.2 阴离子双子表面活性剂的合成 　　阴离子型双子表面活性剂主要包括碳酸盐、磷酸酯盐、磺酸盐和硫酸酯盐四类。碳酸盐类开发较少，其溶解性和抗硬水能力差；磷酸酯盐类具有双链单极性头结构，容易形成反相胶束和囊泡等缔合结构，有望广泛应用于生命科学以及药物载体研究方面[17];基于磺酸盐类及硫酸酯盐类产品良好的水溶性，且其原料来源广泛，具有实现工业化大规模生产的潜力，进而能满足各行业中的应用需求[10]. 　　秦文龙等人[18]合成了一种与传统双子表面活性剂串联结构不同的长链酰胺基磺酸盐双子表面活性剂，其联结基团与亲水基的距离较远，属于典型的并联型双子表面活性剂。研究结果表明：该类表面活性剂的表面活性较高，且其起泡性和稳定性能优良。 　　张永明等人[19]将 α-十四烯作为主要原料，合成了磺酸盐型双子表面活性剂，并将其与聚合物进行复配。结果表明：在聚合物质量分数为 1%的活性水体系中，该产物能够降低油水界面张力，且其稳定时间较长，可达 1 h. 　　李杰等人[20]将月桂酰氯、丙烯酸甲酯和二乙烯三胺为主要原料，制备了羧酸盐型双子表面活性剂（如图 4）。结果表明：该类双子表面活性剂结构中具有三烷基链，其表面活性较高、饱和吸附面积较大。 　　1.3 非离子双子表面活性剂的合成 　　近年来，国外内对非离子双子表面活性剂的研究逐渐增多，其相关研究的具体结构种类较多，但整体构型仍然仅包括糖苷的衍生物和醇醚、酚醚两大类[6].杨宗锋等人[21]制备了一系列不同链长的具有较低临界胶束