Gemini表面活性劑在多個領(lǐng)域的應(yīng)用

馬健鈞

摘要：本論文主要討論對Gemini表面活性劑在當(dāng)代的多個領(lǐng)域的應(yīng)用：對某些特定菌類的殺菌效果以及分子結(jié)構(gòu)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(fā)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?yàn)轷セ囊胧怪菀咨锝到?，匹配現(xiàn)今國際社會的“環(huán)保”、“綠色”的要求。可應(yīng)用在紡織行業(yè)，也可用在洗發(fā)、護(hù)發(fā)，皮革保護(hù)，油田殺菌及原油乳化等多個領(lǐng)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(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)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(yè)等許多行業(yè)。研究者從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，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(zhuǎn)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(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。

關(guān)鍵詞：Gemini表面活性劑;菌類;分子結(jié)構(gòu);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(jìn)行了較為深入系統(tǒng)的研究，表明其在石油的開采、生物學(xué)上的抗菌和油田循環(huán)水的殺菌滅藻、相轉(zhuǎn)移催化化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(nèi)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(gòu)成。

論點(diǎn)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(fù)電荷的細(xì)菌表面，改變了細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性，使菌體內(nèi)組分泄露。其次，季銨鹽表面活性劑的烷烴鏈可與細(xì)胞的類脂層發(fā)生疏水相互作用而插入其中，導(dǎo)致酶失活和蛋白質(zhì)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(xì)菌與水或空氣的界面發(fā)生定向吸附，形成緊密排列的界面膜，阻礙了有機(jī)體的呼吸或切斷了營養(yǎng)物質(zhì)的來源，從而達(dá)到殺菌和防霉的目的[3]。

論點(diǎn)2

Gemini表面活性劑在各業(yè)中的應(yīng)用及原理

（1）在道路建設(shè)過程中，我們除了使用混凝土鋪路外，還可以使用瀝青進(jìn)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(qiáng)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(yīng)用：季氨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑可以使界面張力達(dá)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(yīng)阻力，使反應(yīng)能在相對溫和的條件下順利進(jìn)行，提高反應(yīng)速率。[5]

（3）工業(yè)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(jī)鹽達(dá)到過飽和狀態(tài)而結(jié)晶成垢，難以清洗。反應(yīng)型季銨鹽具有反應(yīng)活性，能以化學(xué)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(hù)膜：在腐蝕介質(zhì)中對金屬表面有較好的吸附性，改變了金屬表面的性質(zhì)，抑制了腐蝕介質(zhì)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(diǎn)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(hù)膜[7]。

（5）超臨界 CO2助劑

超臨界 CO2作為綠色有機(jī)溶劑已經(jīng)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(diào)節(jié)CO2的溶劑特性[8]。

論點(diǎn)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?yàn)橄∪芤后w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(dá)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(shù)目的增加，臨界膠朿濃度降低，C20值降低。但是當(dāng)?shù)途郾砻婊钚詣┑氖杷荚訑?shù)增加到某一限度，會發(fā)生反?，F(xiàn)象，即疏水基碳原子數(shù)多的cmc和C20反而大。當(dāng)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(diǎn)4

含氟季銨鹽表面活性劑的應(yīng)用：

金屬腐蝕抑制劑，含氮類緩蝕劑能阻止設(shè)備的金屬零件在腐蝕介質(zhì)中的磨損，是一種有效的保護(hù)方法。含氮類腐蝕抑制劑中最重要的一類就是由季銨鹽構(gòu)成的，而季銨鹽通常用來保護(hù)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(shù)，它可以直接溶解在腐蝕性水介質(zhì)中。[10]

參考文獻(xiàn)

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

[2]彭國峰.雙季銨鹽表面活性劑的合成及應(yīng)用性能研究[J]. 有機(jī)化學(xué).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(yīng)用研究進(jìn)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(yīng)用研究進(jìn)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(yīng)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(yùn)歡，陳瑞蘭.反應(yīng)型季銨鹽表面活性劑的合成與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].日用化學(xué)工業(yè).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(xué)工程與技術(shù).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(xué)工業(yè).2009，236（4）：39

[10]徐運(yùn)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(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展.2013，32（7）：1646