Gemini表面活性剂是具有双亲水基-双亲油基的一类新型表面活性剂，具有很低的Krafft点和优异的水溶性；同时，与传统的单链表面活性剂相比，Gemini表面活性剂的表面张力能够降低3个数量级，临界胶束浓度降低2个数量级。此外，Gemini表面活性剂还具有更好的钙皂分散能力、增溶能力、润湿能力、乳化能力、洗涤能力。

目前，从已有的报道来看，关于Gemini非离子表面活性剂的合成和研究较少。谢红璐等以硬脂酸、聚乙二醇、氯磺酸、氢氧化钠为原料合成了α-磺基硬脂酸聚乙二醇双酯钠盐，该反应时间短，合成工艺简单、环保。杨建平等以直链脂肪酸，不同聚合度聚乙二醇等为原料合成了多种直链脂肪酸聚乙二醇类Gemini非离子表面活性剂，产物具有良好的润湿性能和钙皂分散能力。巴红亮等使用蓖麻油酸、聚乙二醇、马来酸酐合成了蓖麻油酸聚乙二醇酯Gemini非离子表面活性剂，该合成工艺简单，反应条件温和，无毒，符合绿色化学的发展需要。

笔者以马来酸酐为联接剂，蓖麻油酸、聚乙二醇（600）为原料，通过联接基引入法，合成了Gemini非离子表面活性剂（MARAPEG-15），并对其表面性能进行了测试。

1实验

1.1主要试剂

聚乙二醇600（化学纯试剂）、蓖麻油酸、硼酸、马来酸酐，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；蓖麻油酸聚乙二醇单酯（RAPEG-15）（自制）；氢氧化钠、无水乙醇、吡啶、乙酸乙酯、对甲苯磺酸（PTS）、醋酸钠、苯、正丁醇，分析纯，天津大茂化学试剂厂；1，4-二氧六环、液体石蜡，分析纯，天津博迪化工股份有限公司。

1.2 MARAPEG-15Gemini非离子表面活性剂的合成

1.2.1聚乙二醇与硼酸的酯化

在装有搅拌器、分水器、回流冷凝器（上部接有真空装置）的三口烧瓶中加入0.12mol聚乙二醇（600）和0.04mol硼酸，搅拌，真空油浴加热至120℃回流，反应至出水量不变时反应到达终点，停止反应。

1.2.2蓖麻油酸与聚乙二醇硼酸酯的酯化

待反应液冷却至60℃以下后，依次加入0.12 mol蓖麻油酸、PTS（PTS与原料质量比为1%），搅拌，在真空环境下升温到140℃回流，反应至测得体系酸值基本不变时反应到达终点，停止反应。

1.2.3马来酸酐与蓖麻油酸聚乙二醇硼酸酯的酯化

待上述溶液降温至室温后，依次向上述烧瓶中加入0.062mol顺丁烯二酸酐、PTS（PTS与原料质量比为3%）、50mL苯，搅拌，常压升温到110℃回流，反应至出水量不变时反应到达终点，停止反应。

1.2.4硼酸酯键的水解

向上述反应液中，加入固体醋酸钠（与PTS摩尔比1∶1）中和PTS。加入20mL蒸馏水，控温100℃，在搅拌条件下水解，当实测羟值不改变并且与理论羟值（目标产物的理论计算值）接近时为反应到达终点，停止反应。将反应液趁热转入分液漏斗中，用饱和食盐水和乙酸乙酯溶液萃取提纯，再用无水硫酸镁干燥0.5h，抽滤，减压蒸馏除去萃取剂，得到产物。

采用HG／T 2609—95乙酰化法测定体系羟值，HG／T 2809—95酸碱滴定法测定酸值。

1.3红外分析

使用美国NICOLET公司TR-470型红外光谱仪，采用KBr压片法对所得产品进行红外光谱测试。

1.4性能测定

按文献方法测定MARAPEG-15和RAPEG-15的HLB值、浊点、乳化力、润湿力（采用国标GB／T 11983-89）、吸湿性能、保湿性能、表面张力和临界胶束浓度（最大泡压法）。

2结果与讨论

2.1 MARAPEG-15的红外图谱分析

试样的红外光谱见图1。

图1试样的红外光谱

在MARAPEG-15曲线中，不存在酸酐中羰基C═O对称和反对称偶合振动吸收峰（1 783，1 856cm-1）以及C—O—C伸缩振动特征峰（1 268cm-1），也不存在羧酸的—OH的伸缩振动峰（3 000cm-1）以及共轭羧酸C═O的特征峰（1 620cm-1），不存在蓖麻油酸中仲羟基特征峰（1 124cm-1），而存在与羰基共轭的C═C特征峰1 643cm-1，说明马来酸酐与蓖麻油酸上的仲羟基进行了酯化反应。1 732cm-1处为蓖麻油酸的酯羰基的伸缩振动峰，3 460cm-1处为醇羟基—OH特征峰，1 249cm-1处为伯醇的C—O伸缩振动峰，2 925cm-1处为甲基、亚甲基伸缩振动峰，1 111cm-1处为聚乙二醇中的醚键特征峰。以上分析说明产物结构为MARAPEG-15。

2.2 MARAPEG-15的表面性能

连接基团马来酸酐的存在，降低了单头基分子之间的排斥力，使得Gemini表面活性剂在界面中的排列更加紧密，又因其结构中含有两个亲水基团，两个疏水基团，故与普通单链表面活性剂相比，Gemini表面活性剂在表面性能上更加突出。

图2是MARAPEG-15和RAPEG-15的表面张力（γ）和浓度（C）的关系。表1是MARAPEG-15和RAPEG-15的表面性能。

图2 MARAPEG-15和RAPEG-15的γ-log曲线

由图2可以看出：MARAPEG-15的表面张力低于RAPEG-15的表面张力，而且当达到表面张力的曲线拐点时，发现MARAPEG-15的临界胶束浓度也低于RAPEG-15的临界胶束浓度。

表1 MARAPEG-15和RAPEG-15的表面性能

由表1可看出：MARAPEG-15与RAPEG-15相比，其临界胶束浓度降低了近1个数量级，γCMC值也低5.63mN／m，这是由于MARAPEG-15中含有两条疏水链，疏水性更强，而且分子中的连接基通过化学键将两个单子连接起来，使得两个分子相互之间的排斥力受制于化学键力而被大大削弱，碳氢链间容易产生较强的相互作用，碳氢链间的疏水结合能力加强，因此表面活性剂在水溶液表面上排列更加紧密，表面能更低，具有更高的表面活性。由于MARAPEG-15存在两个氧乙基链，亲水性增强，水溶性增加，所以HLB值高于RAPEG-15。同样，由于分子中存在两个氧乙基链，在水溶液中MARAPEG-15与水分子的氢键作用更强，分子排列更加紧密，不易断裂，故浊点高于RAPEG-15。液体的润湿时间与表面张力有关，表面张力越小，水在固体表面更易铺展，则界面润湿所需时间越短，故MARAPEG-15与RAPEG-15相比，MARAPEG-15的润湿性能更强。乳化能力的强弱主要取决液滴界面膜（吸附层）的稳定性，MARAPEG-15的刚性强，加入到油水两相后，可以形成稳定的界面，使溶液稳定，故MARAPEG-15的乳化力优于RAPEG-15。

2.3 MARAPEG-15的吸湿和保湿性能

MARAPEG-15和甘油的吸湿性能和保湿性能见图3、图4。

图3 MARAPEG-15与甘油的吸湿性能

图4 MARAPEG-15与甘油的保湿性能

由图3可以看出：MARAPEG-15的质量随时间增加不是十分明显，说明Gemini非离子表面活性剂MARAPEG-15吸水性能不理想，而甘油质量随时间增加较明显，表明吸湿性能不及甘油。由图4可以看出：在前10h，MARAPEG-15的保湿性能比甘油略差，而24h后，MARAPEG-15的保湿性能与甘油基本相同。

3结论

a.以蓖麻油酸、聚乙二醇（600）、马来酸酐为原料，合成了Gemini非离子表面活性剂MARAPEG-15，产物纯度和收率较高。

b.对MARAPEG-15和RAPEG-15的表面性能进行了测定与比较。MARAPEG-15的表面性能优于其单酯产品RAPEG-15，其表面张力及临界胶束浓度较低，乳化性能和润湿性能优良，可作为水包油型乳化剂。