Gemini表面活性劑在多個領域的應用

馬健鈞

摘要：本論文主要討論對Gemini表面活性劑在當代的多個領域的應用：對某些特定菌類的殺菌效果以及分子結構對殺菌活性的影響大小，表面粘彈性的影響因素。脂肪酸酯季銨鹽表面活性劑是近些年發展起來的一類新型表面活性劑，具有許多良好的性能。并且此類表面活性劑對皮膚、眼睛的刺激性低，毒性小，因為酯基的引入使之容易生物降解，匹配現今國際社會的“環保”、“綠色”的要求。可應用在紡織行業，也可用在洗發、護發，皮革保護，油田殺菌及原油乳化等多個領域中。季銨鹽表面活性劑由于其“三高、兩憎”等 特殊性能，具有其它表面活性劑所不具備的一些特點，從而廣泛應用于化工、機械、電氣、紡織、皮革、橡膠塑料、涂料油墨、石油、煤炭、采礦和造紙業等許多行業。研究者從分子結構設計出發，研究合成了具有某些特定功能的含氟季銨鹽，對其作為相轉移催化劑、金屬腐蝕抑制劑、多功能織物整理劑、泡沫滅火劑、抗菌劑等的應用進行了大量的研究。

關鍵詞：Gemini表面活性劑;菌類;分子結構;殺菌活性;表面張力;影響因素

目前主要對雙烷鏈 Gemini 型季銨鹽表面活性劑進行了較為深入系統的研究，表明其在石油的開采、生物學上的抗菌和油田循環水的殺菌滅藻、相轉移催化化學反應等領域具有廣泛的應用前景[1]，季銨鹽表面活性劑具有良好的殺菌效果，目前國內所使用的季銨鹽類消毒劑主要有新潔而滅、度米芬消毒劑等，是由單頭基單烷烴鏈季銨鹽表面活性劑構成。

論點1

為什么Gemini表面活性劑對某些特定菌類的殺菌效果？

原因：這是由于正電性的季銨離子頭基可吸附于負電荷的細菌表面，改變了細菌細胞壁的通透性，使菌體內組分泄露。其次，季銨鹽表面活性劑的烷烴鏈可與細胞的類脂層發生疏水相互作用而插入其中，導致酶失活和蛋白質變性[2]。

由于季銨鹽表面活性劑在水中解離的陽離子能在細菌與水或空氣的界面發生定向吸附，形成緊密排列的界面膜，阻礙了有機體的呼吸或切斷了營養物質的來源，從而達到殺菌和防霉的目的[3]。

論點2

Gemini表面活性劑在各業中的應用及原理

（1）在道路建設過程中，我們除了使用混凝土鋪路外，還可以使用瀝青進行鋪路。季銨鹽表面活性劑用作瀝青乳化劑，可以改善其潤濕性和流動性，便于施工，增強瀝青與石頭的粘附力。[4]

（2）季按鹽表活劑在油品氧化脫硫中的應用：季氨鹽相轉移催化劑可以使界面張力達到合適的值，以增加相界面積，能有效地增加氧化劑在油相的分布，減小反應阻力，使反應能在相對溫和的條件下順利進行，提高反應速率。[5]

（3）工業廢水在處理過程中受到溫度和壓力等因素的影響，廢水中的無機鹽達到過飽和狀態而結晶成垢，難以清洗。反應型季銨鹽具有反應活性，能以化學鍵的形式牢固地吸附在金屬表面，因而其緩蝕效果比一般的表面活性劑更加理想和持久。[6]

（4）金屬保護膜：在腐蝕介質中對金屬表面有較好的吸附性，改變了金屬表面的性質，抑制了腐蝕介質對金屬的腐蝕。表面活性劑分子中的親水基吸附在金屬表面的活性點或整個表面上，而親油基起到隔離作用，形成一種疏水性保護膜[7]。

（5）超臨界 CO2助劑

超臨界 CO2作為綠色有機溶劑已經越來越受到重視。一方面，CO2無毒、不易燃、無污染，而且資源豐富，價格便宜;另一方面，通過改變超臨界CO2的形成條件（溫度、壓力），可以調節CO2的溶劑特性[8]。

論點3

影響表面張力的影響因素：稀溶液的表面張力幾乎沒有變化，這是因為稀溶液體系中表面活性劑分子很少，降低表面張力能力有限;而濃度較大的水溶液在吸附初始階段表面張力均下降較快，且濃度越大降幅越大，表面張力達到平衡所用的時間越短。普通表面活性劑隨著疏水基碳原子數目的增加，臨界膠朿濃度降低，C20值降低。但是當低聚表面活性劑的疏水基碳原子數增加到某一限度，會發生反常現象，即疏水基碳原子數多的cmc和C20反而大。當疏水基為16或更多碳原子的低聚表面活性劑第一次暴露在水中時，分子與分子之間可能重新組織形成更有秩序的聚集體，從而減少與水的接觸。[9]

論點4

含氟季銨鹽表面活性劑的應用：

金屬腐蝕抑制劑，含氮類緩蝕劑能阻止設備的金屬零件在腐蝕介質中的磨損，是一種有效的保護方法。含氮類腐蝕抑制劑中最重要的一類就是由季銨鹽構成的，而季銨鹽通常用來保護金屬免除酸和礦化媒介的腐蝕。季銨鹽屬于陽離子抑制劑，用于金屬的防腐不需要特殊的技術，它可以直接溶解在腐蝕性水介質中。[10]

參考文獻

[1]王中才.酯基Gemini型季銨鹽表面活性劑的合成、性能及應用研究[D].江南大學，2005.125（6）：12

[2]彭國峰.雙季銨鹽表面活性劑的合成及應用性能研究[J]. 有機化學.2013，35（5）：10

[3]張文斌，王全杰，魏星星.季銨鹽表面活性劑的合成與應用研究進展[J]. 皮革與化工.2015，161（3）：18

[4]張文斌、王全杰、魏星星.季銨鹽表面活性劑的合成與應用研究進展[J]. 皮革與化工.2015，161（3）：15

[5]王中才.酯基Gemini 型季銨鹽表面活性劑的合成、性能及應用研究[J].江蘇化工.2005，125（13）：40

[6]黃穎虹，鄭 成，林 璟，毛桃嫣，徐運歡，陳瑞蘭.反應型季銨鹽表面活性劑的合成與應用研究進展[J].日用化學工業.2014，44（3）：160

[7]王淵.酯基型和羥基型 Gemini雙季銨鹽表面活性劑的合成及性能研究[J].化學工程與技術.2017，156（4）：42

[8]張振宇.脂肪酸酯季銨鹽表面活性劑的合成與性能研究[J].東北石油.2011，257（5）：37

[9]馬艷超.多季銨鹽表面活性劑合成及性能研究[J].日用化學工業.2009，236（4）：39

[10]徐運歡，鄭成，林璟，毛桃嫣，黃武歡.含氟季銨鹽表面活性劑的合成與應用研究進展[J].化工進展.2013，32（7）：1646