文章背景

     表面活性剂具有亲疏水结构，可在油/水或空气/水界面处定向排列，降低目标溶液的表面张力。传统表面活性剂起泡量较大，常被用于去除废纸中的墨水颗粒和水溶液中的重金属离子以及在采矿行业中作为助剂分离提取矿物等。然而，在工业清洗的应用领域中，大的发泡量会阻碍表面活性剂与污染物之间的接触，从而干扰物体表面的清洁过程，同时也会造成水资源的浪费；在光刻胶显影的应用领域中，大的发泡量会使显影液对光刻胶的浸润性减弱，导致曝光后的光刻胶表面形成微结构，造成弱显或不显；此外，表面活性剂大的发泡量会在纺织印染工业中导致织物色泽不均匀，影响产品品质；在全自动家用洗衣机、洗碗机等使用过程中存在泡沫残留等问题；在造纸工业中会造成浮浆使纸张质量下降。因此，开发具有低发泡性能的表面活性剂可极大丰富材料的应用领域。

文章概述

       在本工作中，以含有支链结构的2,5-二叔戊基氢醌为母体，利用环氧乙烷的开环聚合反应合成三种不同聚氧乙烯链长度的低泡型非离子Gemini表面活性剂(记为P1，n = 6；P2，n = 7；P3，n = 8)。在相同浓度条件下，三种非离子Gemini表面活性剂随着聚氧乙烯链长度的增加，表面张力逐渐增加、临界胶束浓度（CMC）逐渐减小。随着表面活性剂浓度的增加，乳液液滴的尺寸逐渐降低，乳液越来越稳定，乳化能力也随之增强。此外，分子疏水链中的支链结构使得三种表面活性剂的初始发泡量远低于Tween-80，表现出优异的低泡性能。

为研究三种非离子Gemini表面活性剂的表面活性，测试了表面张力随浓度的变化（图1），同一种表面活性剂，其溶液的表面张力随浓度的增加而降低，当浓度高于CMC后，表面张力达到最低值并基本趋于稳定。

图1 (a) P1, (b) P2和(c) P3溶液在室温下的表面张力随表面活性剂浓度变化曲线。

       为研究三种非离子Gemini表面活性剂的润湿性能，通过接触角测量仪测试不同浓度下表面活性剂在聚四氟乙烯膜上的接触角大小（图2），同一种表面活性剂随着浓度的增加，接触角先逐渐降低，后趋于平缓，且三种表面活性剂的接触角都小于90°，具有优异的润湿性能。

图2 (a) P1, (b) P2和(c) P3在不同浓度下的接触角，其中浓度的单位为mmol/L。

       以液体石蜡为油相，研究了不同浓度下3种非离子Gemini表面活性剂的乳化性能（图3），随着浓度的增加，乳液液滴尺寸逐渐变小，体系的黏度将逐渐变大，液滴扩散系数变小，液滴碰撞频率和聚集速度变低，乳液稳定性越来越高，乳化性能增强。

图3 (a) P1, (b) P2和(c) P3在不同浓度下的乳状液滴大小。

        为研究三种表面活性剂的泡沫性能，用初始发泡体积来衡量表面活性剂溶液的发泡能力（图4），三种表面活性剂的初始发泡量远低于Tween-80，展现出优异的低泡性能，这是由于分子疏水链中含有支链结构，增加表面活性剂分子的疏水体积，可促使分子间形成复杂聚集结构，在溶液中增加了内部摩擦，从而提高了整体的黏度，降低了表面活性剂的发泡能力。

图4 低泡型非离子Gemini表面活性剂初始发泡体积示意图。

文章结论

     本文成功制备出3种不同聚氧乙烯链长度的非离子Gemini表面活性剂，并展现出优异的低泡性能，其中P1的初始发泡体积极低，低于传统非离子表面活性剂Tween-80的1%。制备的非离子Gemini表面活性剂不仅具有降低表面张力的特性而且还具有优异的低泡性能，在工业清洗和半导体显影液等领域中具有巨大的应用潜力。

     上述工作以研究论文形式即将在《高分子学报》2024年印刷出版。论文通信联系人为吴振讲师和王国杰教授。

引用本文：

马杰文, 张之钧, 李雅琪, 胡斌, 邢攸美, 尹云舰, 方伟华, 吴振, 王国杰.

低泡型非离子Gemini表面活性剂的合成及性能研究.

高分子学报,2024,10.11777/j.issn1000-3304.2024.24083

Ma, J. W.; Zhang, Z. J.; Li, Y. Q.; Hu, B.; Xing, Y. M.; Yin, Y. J.; Fang, W. H.; Wu, Z.; Wang, G. J.

Synthesis and properties of low-foaming nonionic gemini surfactants.

Acta Polymerica Sinica,2024,10.11777/j.issn1000-3304.2024.24083

原文链接：

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2024.24083&lang=zh