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第 1 期 王亚魁，等: 双酰胺基 Gemini 阳离子表面活性剂的合成及应用性能 ·47·

0.33, N—(CH 3 ) 2 ，i-H〕。PKO-12 的核磁出峰位置以 随浓度的继续增大趋于稳定且不存在升高转折趋
及峰面积间的积分比均与理论基本一致，进一步证 势，这表明合成产物具有较高纯度。在 25 ℃时，
–4
实成功合成了 PKO-12。 ADQ-12 的 CMC 为 1.41×10 mol/L，相比于传统单
1
ADQ-12 的 1 HNMR 数据： HNMR(CDCl 3 , 链表面活性剂〔例如，十二烷基三甲基氯化铵
400 MHz)，δ: 0.84(t, 6H, 1.61, —CH 3 ，a-H)，1.21 （DTAC）和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）〕低
〔m, 32H, 8.01, —(CH 2 ) 8 —，b-H〕，1.54(m, 4H, 1.18, 1~2 个数量级 [20] 。这是因为分子结构中的连接基对
—CH 2CH 2CO—，c-H)，2.20(t, 4H, 1.10, —CH 2CO—， 两个单双亲分子间的静电斥力起到极大削弱作用，
d-H)，7.82(t, 2H, 0.48, —NH—，e-H)，3.25~3.44〔m, 增强了 ADQ-12 在水溶液中的疏水性；并且分子内
16H, 4.01, —NHCH 2 —和 N(CH 3 ) 2 ，f-H〕，2.04(m, 4H, 的羟基会在不同分子间产生氢键作用，这都使得
1.11, —NHCH 2 CH 2 —， g-H)， 3.67〔 t, 4H, 1.06, ADQ-12 在水溶液中更易形成胶束，从而导致 CMC
+
+
—CH 2N (CH 3) 2，h-H〕，3.96(d, 4H, 1.09, N CH 2CHOH， 降低。ADQ-12 的 γ CMC 为 32.26 mN/m。通常来说，
i-H)，3.78(m, 1H, 0.31, CHOH，j-H)，5.01(d, 1H, 0.33, γ CMC 大小取决于表面活性剂在溶液表面饱和吸附时
+
—OH，k-H)。由于受 N 的影响，ADQ-12 核磁谱图 的排列紧密程度，ADQ-12 因为连接基的存在相比
e, f, g 和 h 处化学位移明显变大，k 处为—OH 的质 传统单链阳离子表面活性剂在溶液表面排列更为致
子峰，并且峰面积间积分比与理论相一致，进一步 密，但由于连接基的刚性特征使得 ADQ-12 的疏水
证实成功合成了 ADQ-12。
链间在溶液表面仍存在间隙，导致 ADQ-12 的 γ CMC
2.2 应用性能测试 [21]
相比传统单链表面活性剂降低有限 。
2.2.1 表面活性
由图 3b 可知，在极低表面活性剂浓度下（2×
ADQ-12 的表面张力随浓度对数的变化曲线如
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10 mol/L），表面张力的降低速率很小，表面张力
图 3a 所示。采用最大泡压法测定 ADQ-12 的动态表
总体处在较高水平；随着浓度的增大，表面活性剂
面张力，不同浓度表面活性剂的表面张力随鼓泡时
分子从体相溶液向表面转移速率加快，在初始阶段
间的变化曲线见图 3b。
表面张力下降明显，随着鼓泡时间的增加，表面张
力趋于平衡。在溶液中，表面吸附层表面活性剂浓
度相比溶液体相过低，根据菲克第一定律 [22] ，体相
浓度越高，向表面扩散速率越快，动态表面张力变
化越明显；随着吸附的进行，表面以及介表面表面
活性剂浓度不断增大，与体相间浓度梯度逐渐减小，
扩散速率降低，最终表面吸附达到饱和，表面张力
达到平衡值。综上，表面活性剂浓度越大，初始阶
段表面张力降低速率越快，最终达到平衡表面张力
所需时间越短。
动态表面张力随时间变化通常分为 4 个阶段：
诱导区、表面张力快速下降区、过渡平衡区以及平
衡区。当表面活性剂浓度低于 CMC 时，4 个阶段的
表面吸附速率基本无拐点，称为扩散控制过程；当
浓度大于 CMC 后，在快速下降区和过渡平衡区之
间存在拐点，拐点前的吸附速率为常数，并且随着
表面活性剂浓度增加，吸附速率常数逐渐增大，拐
点后的吸附速率很小，并随着时间的延长逐渐趋于
平衡，此过程称为混合扩散控制过程 [15, 23] 。由图 3b

图 3 ADQ-12 的平衡表面张力(a)和动态表面张力(b) 发现，即使 ADQ-12 溶液处在较高浓度下（1.0×
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曲线 10 mol/L），在有限时间（0.01~200 s）内其表面张
Fig. 3 Equilibrium surface tension (a) and dynamic 力仍较难达到平衡值。这是因为 ADQ-12 分子结构
surface tension (b) of ADQ-12 at 25 ℃ +
中含有两个 N 头基和两个长疏水链，相比于传统单
由图 3a 可知，表面张力随着表面活性剂浓度的 链阳离子表面活性剂（如 DTAC 和 CTAC）具有更
增加逐渐减小至平衡值，并且平衡表面张力(γ CMC ) 大的相对分子质量和空间位阻，这极大降低了溶液中