含酯基季铵盐Gemini表面活性剂研究进展.doc

《含酯基季铵盐Gemini表面活性剂研究进展.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《含酯基季铵盐Gemini表面活性剂研究进展.doc（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、酯基Gemini季铵盐阳离子表面活性剂的研究进展摘 要：含酯基季铵盐表面活性剂由于其具有优异的生物降解性能因而对环境友好，得到的社会的认可。随着双子表面活性剂（Gemini surfactant）的不断发展，含酯基双子季铵盐表面活性剂也开始受到人们的注意，本文主要介绍的是含酯基双子季铵盐表面活性剂的研究概况，以及它们在工业方面的应用前景。关键字：双子季铵盐表面活性剂 酯基 研究进展 Abstract：Quaternary ammonium salt surfactants with ester base ,have acquired the recognition from social be

2、cause of its excellent biodegradability and friendly to environment . With the continuous development of Gemini surfactants, Gemini quaternary ammonium salt surfactants with ester base have already attract peoples attention,This paper is mainly introduced Gemini quaternary ammonium salt surfactants

3、with ester base, and their application prospect in industry.Key words：Quaternary ammonium Gemini surfactant ester base research progress双子表面活性剂（Gemini surfactant）是通过特殊的联接基团在其头基或靠近头基处以化学键方式将2 个传统的表面活性剂分子连接，而成一种新型的表面活性剂。其中，Gemini表面活性剂结构如图1所示：图1 Gemini表面活性剂分子结构示意图双子表面活性剂含有2个亲水基团、2个疏水基团、1个联接基团，由于联接基团的介入

4、使2个表面活性剂单体相当紧密的结合，一方面增强了碳氢链的疏水作用；另一方面也使亲水基（特别是离子头基）间的排斥作用大大减弱。因此，联接基团的介入以及其化学结构、联接位置和链长等因素的变化，可以方便的调节Gemini表面活性剂结构从而达到特定的功能1。含酯基季铵盐表面活性剂因疏水链中含有酯结构很容易水解成非表面活性片段，是一类生物降解性好、毒性小、性能卓越的表面活性剂。因此，含酯基双子季铵盐表面活性剂不仅具备了比普通季铵盐表面活性剂更好的性能，而且具备了酯类季铵盐优越的可降解性，是环境友好型的双子表面活性剂。1993年，Puchta等2首次合成了亲油基中含酯基的季铵盐双子表面活性剂。随后有研究表

5、明3：含酯基双子表面活性剂具有优良的生物降解性能，经过14天降解率可高达59%。进入21世纪以来，在当今追求环保的形势下，研究环境友好型表面活性剂将大大推动表面活性剂科学和工业的发展4。本文综述了近几年的研究成果，主要介绍的是含酯基双子季铵盐表面活性剂的研究概况、性质以及其在工业中的应用前景。1、 含酯基双子季铵盐表面活性剂的研究概况1.1 对称型含酯基双子季铵盐表面活性剂 对称型酯基双子季铵盐就是指分子结构中的两个疏水链R1和R2为相同疏水基，联接基S以酯基和烷基居多，一般是通过二溴代烷、烷基二甲胺、二醇类及二酸类等连接基反应得到。由于合成的工艺相对比较简单，过程操作较容易，所以近几年对对称

6、型含酯双子酯季铵盐的研究较多。Fatma H等5以氯乙酸、醇类（n=9,11,15,17）及四甲基乙二胺等为原料合成了四种对称型双子季铵盐，并研究了这类物质的表面活性及疏水基团对其在染料中的分散影响。其合成路线如下：Joanna W等6报道了一类联接链中含羟基的结构的新型双子季铵盐，由于羟基的加入有利于提高其亲水性也能提高杀菌性能。根据文献的研究，这类物质的cmc比十二烷基三甲基溴化铵的cmc小34个数量级，润湿性能良好以及对革兰氏阳性菌的杀菌性能比革兰氏阴性菌的好。Taiga T等7合成了联接链中带双键和三键的几种双子季铵盐，研究了不同的联接基团对物质的表面性能、泡沫性能和生物降解性能的影响

7、。这些双子表面活性剂的共同特点是：不仅酯基具有降解性，而且联接基中含有碳碳双键可与臭氧等发生氧化反应，从而使双子表面活性剂得以氧化分解，具有优良的降解性能。其中当m=12，n=2时，具有最好的泡沫性能和生物降解性能。其合成线路如下： 1.2 非对称型含酯基双子季铵盐表面活性剂非对称型双子季铵盐表面活性剂在分子结构上具有较好的可调控因素，比对称型的还要丰富，且具更加优秀的泡沫性能、润湿性能等。但是由于不对称双子表面活性剂在合成过程中不易分离纯化，其合成过程中的多步反应必然存在较多的副产物，其中又有不少具有表面活性的副产物，因此与对称型相比这类的表面活性剂的研究比较少8。Qun Xu等9以N,N二

8、甲基乙醇胺和环氧氯丙烷等为原料合成了系列的不对称型含酯基双子季铵盐表面活性剂。经过实验证明这些物质具有极低的表面张力、cmc、很好的泡沫性能及润湿性能。 Jing Zhang10等用长链烷基咪唑啉季铵化合成了含咪唑啉环的不对称双季铵盐，指出其具有很强的抑制2%NaCl的饱和CO2溶液对Q235钢腐蚀的能力。1.3 含杂原子或杂环的酯基双子季铵盐表面活性剂 含杂原子双子季铵盐表面活性剂由于具备良好的防腐蚀、杀菌等性能而成为研究的热点，在乳化剂、医药和抑制金属腐蚀等领域具有广阔的应用前景。2009年贾卫红等11在J Surfact Deterg发表的文章中介绍了利用微波合成一种含杂环双子季铵盐表面

9、活性剂的研究情况，研究表明微波合成所用的时间是传统加热合成方法的%，并且微波合成的转化率比传统加热合成的转化率高。S. Angayarkanny等12利用L半膀氨酸、辛烷及亚硫酰氯等为原料合成了含硫原子的新型双子表面活性剂，研究者利用表面张力法、电导法及荧光测定法测定了其cmc，并且研究了胶束化和吸附作用下的自由能。其结构如下：2、含酯基双子季铵盐表面活性剂的应用趋势消毒杀菌剂JacobsW A等13于1915年首次合成了季铵盐化合物,并指出这类化合物具有一定的杀菌能力开始,虽然该研究成果一直未受到重视，但是可见人们对季铵盐化合物的认识就是从其所具有的杀菌作用上开始的。随着时间的推移和研究的深

10、入,人们发现单链季铵盐杀菌剂的某些缺点逐渐显现出来,如产生抗药性,杀生谱较窄等，因此国内外相继研究开发出双子季铵盐杀菌剂。发现双子季铵盐表面活性剂对许多不同的细菌、真菌、藻类、芽孢和病毒等都具有很好的抗菌效果，并且有更好的水溶性、所水质的影响较小等，能够更好得维持良好的杀菌效果，可广泛应用在工农业生产、医疗卫生、食品、日用化工和水处理等领域。Joanna W等6研究了一系列的新型对称含酯基季铵盐双子表面活性剂在金黄色葡萄球菌、枯草芽胞杆菌、大肠杆菌、粘质沙雷菌、酵母菌这五种微生物菌种的抗细菌和抗真菌性能。实验结果表明：含酯基的双子表面活性剂对革兰氏阳性菌比对革兰氏阴性菌的杀菌性好；铵基链中含十

11、二烷基的表面活性剂相对有较好的抑菌性能；并且这些物质都比相对应的单表面活性剂具有更好的的抗菌性能。2.2金属腐蚀抑制剂表面活性剂通过与金属表面的物理作用或化学键，形成吸附膜或表面膜，使金属的表面状态和性质发生变化，从而抑制金属的腐蚀14。双子表面活性剂中，阳离子型双子表面活性剂在缓蚀方面的应用是较为广泛的，这是因为其特殊的分子结构削弱了亲水基间的静电斥力,促进了Gemini表面活性剂分子在金属表面的吸附和自聚，因此具有较高的表面吸附能力和形成聚集体的能力,是一种潜在的具有优越性能的缓蚀体系。陈浩等15采用失重法和极化曲线法研究了Gemini表面活性剂-14-3在0.5 mol/L的硫酸介质中对

12、A3钢的缓蚀行为，其研究表明在一定浓度范围内，随着缓蚀剂浓度的增大，缓蚀作用不断增强；加入卤离子(Cl-、Br-)进行复配时，,可以大大减少表面活性剂的用量。Jing Zhang等10也报道了新型不对称含酯基双子季铵盐在含饱和CO2的2%NaCl溶液中对Q235有很好的金属腐蚀的抑制效果，并且抑制时间超过240h。2.3乳化剂由于季铵盐型乳化剂在酸碱介质中的稳定性较好，实际应用中单季铵盐阳离子在市场占有较大的比重。但是单一的乳化剂具有固定的亲水亲油平衡值(HLB值)，难以满足实际某些工程中对乳化的高稳定性要求，而双季铵盐阳离子型表面活性剂具有比普通单季铵盐更低界面张力、更厚的扩散双电层等，从而

13、使乳状液更稳定，可以广泛地应用在农药配剂、原油开采、纺织制革、及医药等方面。王中才等16研究了一系列的含酯基双子季铵盐表面活性剂在苯/水体系的乳化性能，得出双子季铵盐较相应碳链长度单季铵盐表面活性剂具有更强的乳化稳定性，并且随着疏水碳链增长乳化稳定时间也更长。2.4泡沫剂常用的泡沫剂可分为阴离子型泡沫剂、阳离子型泡沫剂、两性离子型泡沫剂、非离子型泡沫剂、聚合物泡沫剂、复配型泡沫剂和新型泡沫剂等17，其中双子表面活性剂就是这几年来很热门的一种新型泡沫剂。根据大量的相关文献已经证实了这类的物质有很好的起泡和稳泡性能，将可以用在泡沫灭火、原油开采、食品及发酵工业中等。如Taiga T等7报道了系列的

14、带双键的含酯基双子季铵盐表面活性剂的低表面性能、克拉夫点低于0、优良的泡沫性能等。抗静电剂当表面活性剂分子吸附在纤维表面时，亲油基朝向纤维，而另一边的亲水基就朝向空气，从而使纤维的离子导电性能和吸湿性能增强（即产生了放电），这样就使纤维表面的静电产生与发电平衡，防止了静电的产生，起到了抗静电的作用。因为双子季铵盐含有比传统季铵盐有更多的亲水、亲油基，所以双子季铵盐有更好的抗静电效果。因此，它可以作为抗静电剂添加到织物染料、涂料及化妆品等中使用。含酯基双子季铵盐表面活性剂不仅具有良好的降解性能，而且具有一般双子表面活性剂的性能， 如CMC更低、表面活性更高、性质温和及复配性好等。所以还可以作为乳

15、液聚合稳定剂、润湿剂、织物匀染剂及人体红细胞调整剂等应用在化学工业、日用化学及生物化工中，且都能起到良好的效果。3、展望从当今社会发展可以看出，随着资源的紧缺及人类环保意识的加强，需要更多新型、性能优良、易生物降解、高效和安全的表面活性剂的出现，而含酯基双子季铵盐表面活性剂作为一种环境友好型表面活性剂恰好可以满足社会的需要。其独特的分子结构和优良的性能注定会在以后拥有广阔的应用前景，开发新型联接基和离子头基的表面活性剂，改进含酯基双子季铵盐表面活性剂的生产工艺，提高与传统表面活性剂的配伍性能，探索表面活性剂的应用范围，是当前阳离子型双子表面活性剂开发的首要任务。 参考文献1 唐善法,刘忠运，胡

16、小冬。双子表面活性剂研究与应用M.化学工业出版社，2011,2192Puchta, R., P. Krings, and P. Sandkhler, A New Generation of SoftenersJ, Tenside Surfact. Det. 30:186 (1993)3Taiga Tatsumi, Wanbin Zhang, Toshiyuki Kida, Yohji Nakatsuji, Daisuke Ono, Tokuji Taked, and Isao Ikeda. Novel Hydrolyzable and Biodegradable Cationic Gemini

17、 Surfactants: 1,3-Bis(acyloxyalkyl)-dimethylammonio-2-hydroxypropane DichlorideJ. 2000, 3( 2 ):167-172.4刘俊莉,马建中,鲍艳,胡静. 绿色表面活性剂的研究进展J. 日用化学品科学.2009,32(10):22-26.5Fatma H. Abdel-Salam Asrar G. El-Said. Synthesis and Surface Active Properties of Gemini Cationic Surfactants and Interaction with Anionic

18、Azo Dye (AR52)J. J Surfact Deterg ,2011, 14:3713796Joanna Wegrzynska ? Jan Chlebicki , Irena Maliszewska. Preparation, Surface-Active Properties and Antimicrobial Activities of Bis(Ester Quaternary Ammonium) SaltsJ. J Surfact Deterg ,2007,10:1091167Taiga Tatsumi, Wanbin Zhang, Toshiyuki Kida, Yohji

19、Nakatsuji, Daisuke Ono, Tokuji Takeda, and Isao Ikeda, Novel Hydrolyzable and Biodegradable Cationic Gemini Surfactants: Bis(ester-ammonium) Dichloride Having a Butenylene or a Butynylene SpacerJ.2001, 4(3),:279-2858李芳, 王全杰. 不对称 Gemini 表面活性剂研究进展及其应用前景J. 2011,中国皮革,40(11),42-55.9Qun Xu , Liyan Wang ,

20、Fenglan Xing. Synthesis and Properties of Dissymmetric Gemini SurfactantsJ. J Surfact Deterg ,2011, 14:859010Jing Zhang ,Dali Shi , Xuliang Gong ,Fengmin Zhu , Min Du. Inhibition Performance of Novel Dissymmetric Bisquaternary Ammonium Salt with an Imidazoline Ring and an Ester GroupJ.11Weihong Jia,

21、 Xiaoping Rao , Zhanqian Song ,Shibin Shang. Microwave-Assisted Synthesis and Properties of a Novel Cationic Gemini Surfactant with the Hydrophenanthrene StructureJ. J Surfact Deterg ,2009, 12:261267.12S. Angayarkanny, R. Vijay, Geetha Baskar, A.B. Mandal. Self-organization at the interface and in a

22、queous solution of a cationic gemini surfactant from the dioctyl ester of cystineJ. Journal of Colloid and Interface Science,2012, 367 :319326.13张跃军,赵晓蕾. 季铵盐杀生剂杀生性能与机理研究进展J. 精细化工,2012,27(12):1145-1151.14赵建国,鲍宇,梁作舟. 表面活性剂的活性与其对金属缓蚀行为的关系J. 腐蚀科学与防护技术,2012,24(3),249-252.15陈浩,胡悦,毛东琳,裘灵光. 硫酸介质中Gemini表面活性剂

23、对A3钢的吸附缓蚀性能J. 腐蚀科学与防护技术,2009,21(1):36-39.16王中才,许虎君,包新颜,许芳萍,彭奇均. 酯基Gemini型季铵盐表面活性剂的合成与性能J. 江南大学学报(自然科学版),2005,4(3):306-309.17杜星,赵雷,瞿为民,李远兵,李亚伟,雷中兴,范志辉,刘 芳. 常用泡沫剂研究进展J. 胶体与聚合物,2013,31(1):42-45.18S. Goreti Silva, Ricardo F. Fernandes, Eduardo F. Marques, and M. Lusa C. do Vale. Serine-Based Bis-quat Ge

24、mini Surfactants: Synthesis and Micellization PropertiesJ. Eur. J. Org. Chem. 2012, 34535219Nabel A. Negm. Solubilization, Surface Active and Thermodynamic Parametersof Gemini Amphiphiles Bearing Nonionic Hydrophilic SpacersJ. J Surfact Deterg ,2007,10:7180.20Vishnu Dutt Sharma and Marc A. Ilies. He

25、terocyclic Cationic Gemini Surfactants:A Comparative Overview of Their Synthesis, Self-assembling,Physicochemical, and BiologicalPropertiesJ. Published online in Wiley Online Library,2012,1-4421徐孙见,徐群,邢凤兰,李珊珊.含酯基双子表面活性剂的合成化学试剂J,2007,29(10),62562722王丽艳,邢凤兰,徐群,冯欣欣,杨菲. 非对称双季铵盐表面活性剂的制备及表面性能J. 研发前沿,2009,

26、17(22):27-2823Wajid Husain Ansari, Nazish Fatma, Manorama Panda and Kabir-ud-Din. Solubilization of polycyclic aromatic hydrocarbons by novel biodegradable cationic gemini surfactantethane-1,2-diyl bis(N,N-dimethyl-N-hexadecylammoniumacetoxy) dichloride and its binarymixtures with conventional surfa

27、ctantsJ. Soft Matter, 2013, 9, 1478148724宋佳佳. 新型不对称双季铵盐缓蚀剂的合成及缓蚀性能研究D.中国海洋大学，2011.25Pawe Misiak ,Bozenna Rzycka-Roszak ,Anna Mozrzymas ,Emilia Fisicaro. Effect of a Carboxylic Group on the Conformational Properties of Some Gemini SurfactantsJ. J Solution Chem,2007,36: 84585126Jing Zhang，Fengmin Zhu，Weiwei Song，Min Du. Corrosion Inhibition Mechanism of Imidazoline-Based Dissymmetric Bis-Quaternary Ammonium Salts with Different Hydrophobic Chain Length on Q235 Steel in 1 M HCl SolutionJ.