Gemini表面活性劑[1-2]，通過化學(xué)鍵將兩個常規(guī)單鏈表面活性劑聯(lián)接在一起，降低離子頭基間的靜電斥力，使得表面活性劑在溶液中形成氣/液界面吸附層和在體相中聚集體分子的有序組織更加緊密的排列。因此比常規(guī)表面活性劑具有更高的表/界面活性、低的臨界膠束濃度、良好的水溶性及獨特的流變性等[2-4]，故廣泛用于油氣開采、化學(xué)化工、納米材料、生物技術(shù)、日用化學(xué)等各個方面[5-7]。近年來Gemini表面活性劑發(fā)展迅速，已引起研究者的廣泛興趣和研究[8-10]，同時如何實現(xiàn)表面活性劑的多功能化更是其發(fā)展的重要方向之一[11-14]。本文采用甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DM）、環(huán)氧氯丙烷（ECH）和3種長鏈烷基叔胺為主要原料，合成了3種反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑，即將羥基和碳碳雙鍵同時引入到不對稱Gemini表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中使其帶有反應(yīng)基團(tuán)，可在乳液聚合、表面吸附、相轉(zhuǎn)移催化等領(lǐng)域具有潛在的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。

1實驗部分

1.1主要試劑和儀器

十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺，上海金山經(jīng)緯化工有限公司，工業(yè)品（含量＞98%）；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DM）、環(huán)氧氯丙烷（ECH），化學(xué)純；濃鹽酸（36.5%）、異丙醇，化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

傅里葉變換紅外光譜儀，VECTOR-22型，德國Bruker公司；核磁共振儀，ADVANCEIII 400MHz型，德國Bruker公司；元素分析儀，Vario ELⅢ型，德國Elemeraor公司；表面界面張力儀，芬蘭Kibron公司。

1.2反應(yīng)原理（以合成C12-3(OH)-DM為例）

（1）環(huán)氧丙基季銨鹽（1）的合成

（2）叔胺鹽酸鹽（2）的合成

（3）反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑的合成

1.3合成步驟

1.3.1環(huán)氧丙基季銨鹽（1）的合成

在裝有電動攪拌裝置、恒壓滴液漏斗和回流冷凝器的三口燒瓶中加入0.05mol DM和15mL異丙醇溶劑，放入60℃恒溫水浴鍋中，攪拌均勻后，開始滴加0.065mol ECH，約30min滴完，繼續(xù)反應(yīng)4h，用莫爾法測其反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)結(jié)束后立即減壓旋轉(zhuǎn)蒸餾除去溶劑和過量環(huán)氧氯丙烷，用乙酸乙酯和乙醇以體積比7∶3的混合液進(jìn)行重結(jié)晶，重復(fù)3次，真空干燥，得淡黃色膏狀環(huán)氧丙基季銨鹽中間體（1）9.28g，供第三步使用[15-16]。

1.3.2叔胺鹽酸鹽（2）的合成

在三口燒瓶中加入0.05mol長鏈烷基叔胺（分別為十二叔胺、十四叔胺、十六叔胺），室溫攪拌下，開始滴加0.054mol的18%鹽酸溶液，約30min滴完，繼續(xù)反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束后立即減壓抽濾，用丙酮沖洗產(chǎn)物，洗滌3～5次，真空干燥，得白色叔胺鹽酸鹽固狀中間體（2）質(zhì)量分別為12.08g、13.56g、14.90g，供第3步使用。

1.3.3反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑的合成

將上步產(chǎn)物中間體（1）和中間體（2）各取0.05mol一起加入三口燒瓶中，用去離子水作溶劑，溫度控制在75℃，反應(yīng)時間4h。產(chǎn)物經(jīng)減壓旋轉(zhuǎn)蒸餾，粗產(chǎn)物用乙酸乙酯進(jìn)行重結(jié)晶，重復(fù)3～5次，真空干燥，分別得到淡黃色反應(yīng)型陽離子Gemini表面活性劑C12-3(OH)-DM、C14-3(OH)-DM和C16-3(OH)-DM，質(zhì)量分別為20.92g、22.32g、23.71g。

1.4表征和性能測試

1.4.1目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

使用德國Bruker公司VECTOR-22型傅里葉變換紅外光譜儀測定紅外光譜，用KBr壓片法制樣，掃描范圍為4000～400cm-1。

使用德國Elemeraor公司Vario ELⅢ型元素分析儀測定化合物中C、H和N的含量，樣品量為2.0～3.0mg（天平精度為l/100000）。

使用德國Bruker公司ADVANCEIII 400MHz型核磁共振波譜儀測定核磁共振氫譜，內(nèi)標(biāo)為四甲基硅烷（TMS），溶劑為重水。

1.4.2表面性能

采用芬蘭Kibron公司全自動高通量表面張力儀，測試溫度20℃±0.5℃，使用吊片法測定3種合成產(chǎn)物在不同濃度下的表面性能[17-19]。

1.4.3泡沫性能

采用試管振蕩法[20-23]測定表面活性劑的泡沫性能：20℃下，在250mL具塞刻度試管中加入50mL已配好的0.5%的表面活性劑溶液，用力振蕩25次，靜置，記錄不同時間點泡沫和液體在試管中的體積高度。

1.4.4乳化性能

采用量筒法[19，24-27]進(jìn)行乳化力的測定：用移液管準(zhǔn)確量取40mL 0.5%的表面活性劑溶液放入有玻璃塞子的量筒內(nèi)，再移取40mL氯仿，用力捏緊玻璃塞，上下猛烈振動10下，靜置1min；如此重復(fù)3次。立即用秒表記錄時間，此時水油兩相逐漸分開，水相慢慢出現(xiàn)，至水相分出5mL和10mL時，記錄分出水的時間。重復(fù)操作3次，取平均值。