雙子( gemini)型表面活性劑是一族性能優(yōu)異的表面活性劑，其分子是由兩個普通單鏈單頭基表面活性劑分子在頭基處通過聯(lián)接基團(tuán)以化學(xué)鍵連接而成。其中聯(lián)接基團(tuán)可以是聚亞甲基、聚氧乙烯基、聚氧丙烯基，也有剛性的或雜原子的基團(tuán)。極性基團(tuán)可以是陽離子型、陰離子型、非離子型。雖然大多數(shù)的gemlm表面活性劑結(jié)構(gòu)對稱，含有兩個相同的極性基團(tuán)，但含有不對稱結(jié)構(gòu)的gemlm表面活性劑也有報道，李剛森等[1]就研制出含有三個或三個以上極性基團(tuán)或烷基鏈的多聚表面活性劑。
Gemini型表面活性劑分子的這種結(jié)構(gòu)使其明顯地表現(xiàn)出更易在氣液表面上吸附，更有效地降低表面張力，更好地復(fù)配協(xié)同效應(yīng)，更低的Kraff點，更易聚集生成膠團(tuán)，更好的潤濕性，昆好鈣皂能力等普通表面活性劑不具備的獨特優(yōu)勢[2]。
1 Gemini表面活性劑的研究現(xiàn)狀及其性質(zhì)
1971年，Bunton等[3]首次合成了一類陽離子型gemini表面活性劑：烷基-a，w-雙二烷基雙甲基烷基溴化銨，并對它們的表面活性和臨界膠束濃度進(jìn)行了研究。1990年，Zhu等[4]合成出了陰離子型gemini表面活性劑。1991年美國Emory大學(xué)的Menger等合成了以剛性間隔基聯(lián)接離子頭基的雙烷烴鏈表面活性劑，并命名為gemlm型表面活性劑。此后對雙子表面活性劑的研究及新型結(jié)構(gòu)的雙子表面活性劑不斷被報道。各國已對gemini表面活性劑做了大量的研究工作，并合成了許多新型gemini表面活性劑，如：不對稱型、無公害雙糖型、陽離子（季銨鹽）和陰離子（磷酸鹽）的兩性型。1999年趙劍曦[5]對國外gemini表面活
性劑的研究做了系統(tǒng)的綜述，引起了國內(nèi)相關(guān)研究單位的重視。
與傳統(tǒng)表面活性劑相比較，gemini表面活性劑具有很多優(yōu)良性能：很高的表面活性，很低的Krafft點和很好的水溶性；在降低水的表面張力方面表現(xiàn)出更高的效率，與傳統(tǒng)表面活性劑（尤其是非離子型表面活性劑）復(fù)配時能產(chǎn)生較強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)；獨特的流變性能；更強(qiáng)的降低油水界面張力的能力；良好的鈣皂分散性能，潤濕性能；對油的增溶能力更強(qiáng)；對皮膚的刺激性更小等。近年來gemini表面活性劑已成為國內(nèi)外膠體和界面化學(xué)的研究開發(fā)熱點和重點，被譽(yù)為“新一代表面活性劑”的突出代表[6]。
2 Gemini表面活性劑的應(yīng)用
2.1制備新材料
由于gemini表面活性劑具有高表面活性和能在溶劑中形成不同聚集態(tài)的超分子結(jié)構(gòu)等特性，可應(yīng)用于一系列介孔材料、聚合物材料、納米材料和助催化材料的制備，為多學(xué)科交叉創(chuàng)造條件[7]。如介孔硅膠材料的制備，納米級孔徑分子篩材料的制備。同時，在納米材料制備時反相膠束技術(shù)的應(yīng)用也引起了人們極大的興趣。反相膠束的“水池”為納米空間，在一定條件下膠束具有穩(wěn)定小尺寸的特性，即使破裂也能夠重新組合，被譽(yù)為“智能反應(yīng)器”[8-9]。但目前對gemini表面活性劑在材料合成方面的研究相對較少，應(yīng)進(jìn)一步探索gemini表面活性劑分子間弱相互作用力的協(xié)同規(guī)律，研究和開發(fā)新型的雙子表面活性劑，如兩疏水鏈．長度不對稱、正負(fù)離子頭基、離子非離子頭基等雜雙子表面活性劑，進(jìn)而設(shè)計具有新型結(jié)構(gòu)和功能的分子有序聚集體，為新材料的合成提供新的思路[7]。
2.2石油工業(yè)用助劑
2.2.1三次采油
近年來，gemml表面活性劑因其優(yōu)異的性能在三次采油中展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)許多研究人員[10-13]對gemini表面活性劑用于三次采油都進(jìn)行了一些研究，合成出了可作為油田驅(qū)油劑使用的gemlm表面活性劑，探討其在三次采油領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。
周雅文等[14]提到我國應(yīng)用在三次采油上的陰離子gemini表面活性劑有羧酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽型。其中磺酸鹽陰離子表面活性劑應(yīng)用最廣。磺酸鹽陰離子表面活性劑除了具有濁點高，在砂巖表面上吸附少，界面活性高，耐溫性能好等優(yōu)勢外，成本較低也使其具有較優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，磺酸鹽陰離子gemini表面活性劑也是在所有陰離子gemini表面活性劑中最備受關(guān)注的。劉必心等[15]提到與傳統(tǒng)表面活性劑相比，陽離子型gemini表面活性劑兼有聚合物和傳統(tǒng)表面活性劑兩種驅(qū)替劑的性能，在油田的三次采油應(yīng)用中具有極大的潛在應(yīng)用前景。
2.2.2油田殺菌
油田鉆井及二次、三次采油需要大量的回注水，回注水主要來自采油區(qū)的地下水和油水分離水，這些水中含有大量的細(xì)菌及營養(yǎng)物質(zhì)，其中對油田危害最大的細(xì)菌是硫酸鹽還原菌( SRB)和腐生菌(TGB)。陽離子gemini表面活性劑因其分子中具有2個長鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)，且頭基具有較高的電荷密度而具有優(yōu)異的殺菌效能，近年來受到廣泛的關(guān)注[16]。國內(nèi)許多研究人員[17-20]對此進(jìn)行了深入研究，開發(fā)出了許多新型的具有殺菌效能的gemml表面活性劑。
2.2.3油田用壓裂液
劉忠運等[21]提到gemini表面活性劑因其獨特的流變性，顯示其在黏彈性表面活性劑( VES)壓裂液中具有良好的應(yīng)用前景。賈振福等[22]制得了一種新型gemini季銨鹽表面活性劑-N，N-雙十八烷基一N，N, N，N-四醇乙基一二溴乙二銨(gemlm -OHAB)，并采用gemini -OHAB及其他輔劑配制了新型壓裂液體系。結(jié)果表明，該體系具有良好的黏彈性、抗溫和抗剪切稀釋性以及很好的破膠性能。
2.2.4油田其他方面應(yīng)用
王輝等[23]在實驗基礎(chǔ)上研究了DTDPA（二氯化N，N，N′，N′一四甲基-N，N′一雙十六烷基-2 -丙醇-1，3-銨）對中原油田原油一水體系表面張力變化的影響，結(jié)果表明DTDPA可以有效降低原油一水體系表面張力。通過對DTDPA - PAM二元復(fù)合驅(qū)替體系黏度變化的研究，表明二元無堿體系的黏度保持率具有明顯的優(yōu)勢。
張大椿等[24]發(fā)現(xiàn)鈦硅分子篩（TS-1）gemini表面活性劑自身具有明顯的解堵能力，在解除地層液相復(fù)合堵塞方面表現(xiàn)出良好的效果，不僅能用于氣井的解堵，在油井解除水鎖效應(yīng)方面同樣應(yīng)該具有廣闊的應(yīng)用前景。
2.3生物技術(shù)
酶是具有生物活性的蛋白質(zhì)，是決定生物體系中化學(xué)轉(zhuǎn)化方式的卓越非凡的分子器件，在醫(yī)藥合成領(lǐng)域扮演重要角色；酶制劑在臨床上也具有重要應(yīng)用價值，但需要解決分離、純化及其穩(wěn)定性問題。利用gemini表面活性劑在有機(jī)相中自發(fā)形成的反相膠束，在一定條件下，將水溶蛋白質(zhì)提取至反向膠束的極性核中，創(chuàng)造條件將其提取至另一水相，實現(xiàn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移，達(dá)到分離和提純的目的。這種方法的優(yōu)點是酶不直接與有機(jī)相接觸，因而不易失活。另外，采用水/gemini表面活性劑/有機(jī)溶劑組成的微乳液把酶和底物包裹在內(nèi)，模擬酶在細(xì)胞中的功能，通過調(diào)節(jié)gemini表面活性劑的結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)膠團(tuán)尺寸，從而獲得最大的酶活性。因此，gemini表面活性劑在生物技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[25]。
2.4抗菌劑和消毒劑
Lissel等將gemini表面活性劑用作殺菌劑，發(fā)現(xiàn)雙烷基季銨鹽類gemlm表面活性劑有很好的殺菌活性[26]。1995年P(guān)avlfkova等研究了CmH2m+l N+( CH3)2( CH2 )20CO( CH2 )nCOO( CH2)2(CH3 )2N+mH2m+，的殺菌效果，發(fā)現(xiàn)聯(lián)接基團(tuán)短的gemini型表面活性劑抗菌效果顯著，有很低的MICS值(37℃，24 h的培育后抗菌劑起抗菌的濃度) [27]。短鏈化合物m=6，無抗菌能力；當(dāng)m=10或12時，抗菌效果最好；m =12，n=2時gemini表面活性劑比傳統(tǒng)單鏈的效率高1—2個數(shù)量級。
趙劍曦[5]研究了m -s -m型陽離子gemini表面活性劑殺菌活性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)gemini表面活性劑具有高殺菌活性的主要原因是其分子的離子頭基的正電荷密度增加和兩條疏水鏈增強(qiáng)了與細(xì)胞類脂層相互的作用。
2.5乳液穩(wěn)定劑和泡沫穩(wěn)定劑
Gemini表面活性劑較單鏈表面活性劑在界面的排列更為緊密，能夠在界面形成更大更穩(wěn)定的界面膜，因此具有更大的乳液穩(wěn)定性[28]。蔣惠亮等[29]以N，N′一二羥乙基乙二胺、氯乙酸和硬脂酸為主要原料合成了一種新型兩性gemini表面活性劑，具有優(yōu)良的穩(wěn)泡、乳化性能并且工藝比較簡單，條件溫和。目前，用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的gemini表面活性劑就可以得到穩(wěn)定的乳狀液。
2.6治理污水與土壤
Rosen等[30]研究了表面活性劑對2-萘酚的吸附情況，發(fā)現(xiàn)吸附有g(shù)emini表面活性劑的介質(zhì)（蒙脫土）比吸附有傳統(tǒng)表面活性劑的介質(zhì)對水中2-萘酚的吸附量大、效率高。因此用genlini表面活性劑改性材料作廢物填埋的防滲添加劑，利用gemini表面活性劑水溶液增溶性，將其注入地下驅(qū)除地下水中非水液體和吸附深層土壤中的污染物是一種具有開發(fā)前景的治污手段。由此gemini表面活性劑對于環(huán)境保護(hù)和治理污染將起到不容忽視的作用。
2.7抗靜電劑與防霧滴劑
當(dāng)gemini表面活性劑分子吸附在纖維界面時，親油基朝向纖維，親水基則朝向空氣，從而使得纖維的離子導(dǎo)電性能和吸濕導(dǎo)電性能非常強(qiáng)，即產(chǎn)生了放電現(xiàn)象，使纖維表面的電阻降低，這樣就使纖維靜電的產(chǎn)生與釋放平衡，從而防止了纖維的靜電積累，達(dá)到抗靜電的目的[31]。由于gemini表面活性劑含有比傳統(tǒng)表面活性劑更多的親水、親油基團(tuán)，所以有理由認(rèn)為gemini表面活性劑用作抗靜電劑時，比傳統(tǒng)表面活性劑的效果更好。
劉曉妍等[32]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)雙子硬脂酸聚甘油酯的防霧滴性能穩(wěn)定，防霧效果重現(xiàn)性好，可多次使用。同時發(fā)現(xiàn)雙子硬脂酸聚甘油酯的防霧滴性能優(yōu)于其單聚甘油酯，是一種性能優(yōu)良的農(nóng)用塑料薄膜防霧滴劑。
2.8皮革加工助劑
王延青等[33]提出gemini表面活性劑在制革業(yè)中可作高效乳化劑、增溶劑、脫脂劑、勻染劑和染色助劑等；張換換等[34]提出在皮革鞣制過程中，由于gemini表面活性劑特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，與皮膠原上的結(jié)合點能夠快速結(jié)合，可以防止鞣劑與皮纖維因結(jié)合過快而出現(xiàn)表面過鞣的現(xiàn)象；另外，gemini表面活性劑既能夠顯著降低溶液的表面能，又可以加速鞣劑的滲透，達(dá)到速鞣、鞣制均勻或提高結(jié)合量使成革豐滿的目的，從而使得它還可以作為復(fù)鞣填充劑；張輝等[35]制備出一種gemini表面活性劑PMAMS（聚馬來酸酐脂肪醇單酯鈉鹽），并使用柔軟度測定儀對其皮革加脂性能進(jìn)行了測定，結(jié)果表明這種gemlm表面活性劑具有良好的皮革加脂性能。
2.9其他應(yīng)用
陽離子和陰離子gemini表面活性劑普遍具有優(yōu)良的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性。一些陰離子gemini表面活性劑有良好的鈣皂分散能力；陽離子gemini表面活性劑還可作為低分子質(zhì)量的膠凝劑；兩性和非離子gemini表面活性劑可作為清潔劑或洗滌劑、藥物分散劑以及護(hù)膚和護(hù)發(fā)用品的助劑等。
3結(jié)束語
Gemini表面活性劑是極具應(yīng)用前景的新一代表面活性劑。近20年來，國內(nèi)外在gemini表面活性劑的合成及溶液性能方面的研究已較深入，但目前關(guān)于gemini表面活性劑的應(yīng)用拓展工作也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要進(jìn)一步研究和開發(fā)新型的gemini表面活性劑；在開發(fā)的同時要注重優(yōu)化合成工藝、提高產(chǎn)品收率、減少三廢污染、開展復(fù)配研究等方面的工作。如在石油工業(yè)用助劑方面，需要對gemini表面活性劑在油田領(lǐng)域的應(yīng)用作進(jìn)一步研究，研制油田工作液用新型表面活性劑，使其為原油的增產(chǎn)做出更大的貢獻(xiàn)；同時由于germm表面活性劑的高表面活性和在溶劑中能形成不同聚集態(tài)的超分子結(jié)構(gòu)等特殊性質(zhì)，可為多學(xué)科交叉創(chuàng)造條件，可逐步的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，預(yù)期在抗HIV、抗腫瘤、基因轉(zhuǎn)染方面以及環(huán)境保護(hù)、三次采油和新型功能材料制備等工業(yè)中有較好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
[1]李剛森，王軍，楊許召等．Germnl表面活性劑的性質(zhì)和應(yīng)用[J]-精細(xì)與專用化學(xué)品，2006，11(14)：5-6．
[2]唐世華，黃建濱．Gemini表面活性劑研究的新進(jìn)展[J]．2(j01，11(12)：1240 -1254.
[3] BUNTON C A,ROBINSON L,SCHAAK J,et aI.Catalysis of nucleo-philic substitutions by micelles of dicationic detergents[J].J OrgChem,1971,36(16):2346 -2350.
[4] ZHUY P,MASUYAMA A,OKAHARA M J.Preparation and surfaceactive propeIties of amphipathic compounds with two sulfate groups andtwo lipophilic alkyl chains[J].J Am Oil Chem Soc,1990,67:459 -463.
[5]趙劍曦．Gelmm表面活性劑研究的新進(jìn)展[J]．化學(xué)進(jìn)展，1999，(4)：348 - 357.
[6]韋星船，鄭成，劉曉國，等，一種季銨鹽雙子表面活性劑的微波合成及性能研究[J]．化學(xué)研究與應(yīng)用，2009，21(3)：338-343．
[7]魏麗敏，馮玉軍，王碧清．雙子表面活性劑在新材料制造中的應(yīng)用[J].日用化學(xué)工業(yè)，2008，38(4)：249 -252．
[8]水玲玲，鄭立強(qiáng)，劉少杰，等，雙子表面活性劑的研究進(jìn)展[J].日用化學(xué)工業(yè)，2001，31(2)：28-31．
[9]唐世華，黃建濱，李子臣，等Cemini（孿聯(lián)）表面活性劑的界面性質(zhì)與應(yīng)用[J].日用化學(xué)工業(yè)，2001，31(6)：229-231．
[10]楊光，葉仲斌，韓明．陽離子雙子表面活性劑降低油水動態(tài)界面張力的實驗研究[J]．中國海上油氣，2007，19(4)：244-246.
[11]趙秋玲．Gemini表面活性劑的合成及性能研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2005.
[12]袁銳．芳烴烷基磺酸鈉Genuru表面活性劑的合成及性能研究[D].無錫：江南大學(xué)，2007.
[13]劉慶旺，許琳一種新型驅(qū)油劑的合成及評價[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009,9(12):3237 -3239.
[14]周雅文，韓富，徐寶財，采油用陰離子雙子表面活性劑的研究進(jìn)展[J]．化學(xué)世界，2010，6:375 - 379.
[15]劉必心，禹建清，庚桂君，等．油田用雙子表面活性劑的研究進(jìn)展[J]．日用化學(xué)品科學(xué)，2008，31(11)：19 -22.
[16]段鴻堯，郭立娟，鄧清月，等，雙子表面活性劑在石油工業(yè)的應(yīng)用[J].甘肅石油和化工，2009，1:11- 14.
[17]王冀生，劉光華．TS-838殺菌劑的性能和應(yīng)用[J]工業(yè)水處理，2003，23(9)：61-62．
[18]史志琴，王冀生，王紹嵩．雙季銨鹽殺菌劑的合成及其性能研究[J].工業(yè)水處理，2003，23 (10)：47 - 49．
[19]許立銘，劉靖，董澤華，等，雙季銨鹽殺菌劑的研制與性能[J]．工業(yè)水處理，1996，16(4)：12 -13．
[20]王昶，雙季銨鹽殺菌劑的殺菌試驗研究[J]．工業(yè)用水與廢水，2000，31(6)：23 -24．
[21]劉忠運，顏娜，伍銳東，等．粘彈性表面活性劑壓裂液在低滲油田的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2010，31(3)：39 -42．
[22]賈振福，鐘靜霞，牛紅彬，等，新型清潔壓裂液的實驗室合成[J].鉆井液與完井液，2006，23(6)：42 -43.
[23]王輝，張麗萍，張麗蘇，等，雙子表面活性劑DTDPA的合成及其在“三采”中的應(yīng)用[J].浙江大學(xué)學(xué)報：理學(xué)版，2007，34(6)：665 -668．
[24]張大椿，李遠(yuǎn)亮，唐善法，等．雙子表面活性劑解除地層液相傷害可行性研究[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2010，17(4)：108 -110．
[25]姚志剛．Gemini表面活性劑[D]．長沙：湖南大學(xué)，2005．
[26]張青山，郭炳南，張輝淼．雙子表面活性劑研究進(jìn)展和應(yīng)用[J]．化學(xué)進(jìn)展，2004，16(3)：343 -348.
[27] FREDRIC M M,IASON S K.Gemini surfactants[-Jl-. Angew Chem IntEd,2000,39(11):1906 -1920.
[28]王全杰，王延青，段寶榮．Gennm表面活性劑的研究進(jìn)展及其在皮革中的應(yīng)用前景[J].皮革與化工，2009，26(2)：11 -15.
[29]蔣惠亮，單翠翠，方銀軍．新型Genmu兩性表面活性劑的合成研究[J]．化學(xué)試劑，2008，30 (11)：839 - 841.
[30]ROSEN M J,LI FANG. The adsorption of gemini and conventional sur-factants onto some soil solids and the removal of 2 - naphthol by thesoil surfaces[J].Joumal of Colloid and Interface Science,2001,234(2)：418 -424.
[31]張輝，洪新球，強(qiáng)西懷．Cemini表面活性劑的研究進(jìn)展及其在制革工業(yè)中的應(yīng)用前景[J]皮革科學(xué)與工程，2008，18(2)：28 -33.[32]劉曉妍，周立國，王玉兵，等．雙子硬脂酸聚甘油酯的防霧滴性能研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(14)：7564 -7565，7610.
[33]王延青，王全杰，侯立杰，等，雙子表面活性劑的合成及應(yīng)用[J]．皮革科學(xué)與工程，2009，19(3)：21- 25.
[34]張換抉，劉浪浪，劉軍海．雙子表面活性劑的合成及在制革業(yè)中的應(yīng)用[J]．西部皮革，2010，32 (1)：21 - 24
[35]張輝，洪新球，強(qiáng)西懷，等．一種Genum表面活性劑的制備與加脂性能研究[J].中國皮革，2006，36(23)：8 -11．
