2.4潤濕(shi)性(xing)能

為(wei)研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)在(zai)疏(shu)水(shui)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)的潤濕行(xing)為(wei)，利用接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)測(ce)量儀測(ce)定了其在(zai)PTFE上(shang)的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。圖4給出(chu)不同濃(nong)(nong)度(du)下(xia)(xia)4種非離子Gemini表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)與PTFE的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。隨(sui)著(zhu)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)濃(nong)(nong)度(du)的增加，4種表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)與PTFE的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)逐漸(jian)降(jiang)低(di)。P1的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)從(cong)96°降(jiang)低(di)到(dao)(dao)60°；P2的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)從(cong)97°降(jiang)低(di)到(dao)(dao)48°；P3的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)從(cong)97°降(jiang)低(di)到(dao)(dao)55°；P4的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)從(cong)106°降(jiang)低(di)到(dao)(dao)64°.這(zhe)是由(you)于(yu)在(zai)較低(di)濃(nong)(nong)度(du)條件下(xia)(xia)，隨(sui)著(zhu)濃(nong)(nong)度(du)的增加，更(geng)多的表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)分子吸(xi)附在(zai)固/液(ye)(ye)界面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)，分子以烷基(ji)鏈朝(chao)向(xiang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)，親水(shui)基(ji)團朝(chao)向(xiang)水(shui)溶(rong)液(ye)(ye)，界面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力降(jiang)低(di)，接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)(bian)小。隨(sui)著(zhu)濃(nong)(nong)度(du)繼續升高(gao)，由(you)于(yu)P1已(yi)不能完全溶(rong)解，因此以P2，P3和(he)P4作為(wei)研(yan)究(jiu)對象(xiang)研(yan)究(jiu)其接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)隨(sui)濃(nong)(nong)度(du)的變(bian)(bian)化。當(dang)濃(nong)(nong)度(du)超(chao)過cmc之后(hou)，P2，P3和(he)P4的接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)基(ji)本不再(zai)發生變(bian)(bian)化，這(zhe)是由(you)于(yu)界面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)分子吸(xi)附達到(dao)(dao)飽和(he)狀態(tai)，溶(rong)液(ye)(ye)的表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張(zhang)力不再(zai)變(bian)(bian)化。進一步通過楊(yang)氏方(fang)程(cheng)闡釋高(gao)濃(nong)(nong)度(du)下(xia)(xia)接(jie)(jie)觸(chu)角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)不再(zai)發生變(bian)(bian)化的原因：

式中：γsg，γlg和(he)γsl分別為固(gu)/氣、液(ye)/氣和(he)固(gu)/液(ye)的界面(mian)(mian)張力；當(dang)使用(yong)PTFE作為基底時(shi)，通常(chang)認(ren)為γsg是一個常(chang)數。隨著濃度超過(guo)cmc，γlg和(he)γsl基本不再改變(bian)，因(yin)此接觸(chu)角(jiao)θ也基本保持不變(bian)。純去離(li)子水與(yu)PTFE的接觸(chu)角(jiao)為112°，傳統(tong)非離(li)子表面(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)與(yu)PTFE的接觸(chu)角(jiao)通常(chang)在80°——110°之間，因(yin)此4種非離(li)子Gemini表面(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)展現出優異的潤濕性(xing)能(neng)，有望在工(gong)業清洗中有效促進表面(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)與(yu)污染物的有效接觸(chu)，增強(qiang)(qiang)清潔效果；同時(shi)有望增強(qiang)(qiang)顯影液(ye)對光刻膠的浸潤性(xing)，進而提高產品良率。

另(ling)一方(fang)面，在相同濃(nong)度下(xia)，隨(sui)著聚(ju)氧(yang)乙(yi)烯鏈長度的(de)(de)增(zeng)加，表(biao)面活性劑與PTFE的(de)(de)接(jie)觸角逐漸變大。這是由于聚(ju)氧(yang)乙(yi)烯鏈增(zeng)長提(ti)高了分子的(de)(de)親水性，減弱了與疏水PTFE表(biao)面的(de)(de)相互作用，使接(jie)觸角增(zeng)大。

2.5泡沫性能

為(wei)研究(jiu)4種表面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)泡(pao)沫性(xing)(xing)能，利用振蕩(dang)法對其發(fa)泡(pao)性(xing)(xing)和(he)穩泡(pao)性(xing)(xing)進行測試(shi)。圖5給出(chu)4種表面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)初始發(fa)泡(pao)量(liang)隨(sui)濃(nong)度(du)的(de)(de)變化趨勢。表面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)初始發(fa)泡(pao)量(liang)隨(sui)濃(nong)度(du)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而(er)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，濃(nong)度(du)超過(guo)cmc后(hou)發(fa)泡(pao)量(liang)趨于穩定。在(zai)(zai)相同(tong)濃(nong)度(du)條件(jian)下，隨(sui)著聚氧乙烯(xi)鏈的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)長(chang)，表面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)初始發(fa)泡(pao)量(liang)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)。這(zhe)是因為(wei)聚氧乙烯(xi)鏈在(zai)(zai)一定程度(du)上的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)長(chang)使得表面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)親(qin)水性(xing)(xing)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)強(qiang)，表面(mian)活(huo)性(xing)(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)分子從溶液內部(bu)到水/空氣界面(mian)的(de)(de)吸附速(su)率加(jia)(jia)快，從而(er)提升了發(fa)泡(pao)能力。

 泡沫穩定(ding)性是(shi)(shi)由(you)表(biao)面(mian)活性劑形成(cheng)的(de)液膜(mo)強(qiang)度決定(ding)的(de)，而(er)濃度、體系界(jie)面(mian)張力、表(biao)觀(guan)黏度及(ji)液膜(mo)表(biao)面(mian)電荷等是(shi)(shi)影響(xiang)液膜(mo)強(qiang)度的(de)重要因素。

圖6示出(chu)4種表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)(ji)泡(pao)沫穩(wen)(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)隨(sui)濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)的(de)(de)變化情況。泡(pao)沫穩(wen)(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)隨(sui)著濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)的(de)(de)增加(jia)先升高至最大(da)值后(hou)又降(jiang)低。這是因為表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)(ji)的(de)(de)吸附(fu)導(dao)致(zhi)(zhi)了Gibbs-Marangoni效(xiao)應。當液(ye)膜(mo)受到(dao)沖擊局部(bu)變薄時，產(chan)生(sheng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力梯度(du)(du)(du)，導(dao)致(zhi)(zhi)鄰近區域吸附(fu)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)(ji)攜帶水化層向薄膜(mo)處遷移，以恢復原來的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力并修復液(ye)膜(mo)。在(zai)較低濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)時，表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)(ji)濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)的(de)(de)增加(jia)使得Gibbs-Marangoni效(xiao)應隨(sui)之加(jia)強，進而有效(xiao)阻止液(ye)膜(mo)變薄，增加(jia)泡(pao)沫的(de)(de)穩(wen)(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)。當濃(nong)(nong)(nong)度(du)(du)(du)大(da)于cmc后(hou)，溶液(ye)中的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)(ji)分子(zi)能(neng)夠(gou)快(kuai)速吸附(fu)在(zai)界面(mian)(mian)(mian)處，使得Gibbs-Marangoni效(xiao)應減弱(ruo)，泡(pao)沫穩(wen)(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)降(jiang)低。在(zai)4種表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑(ji)(ji)中，P2的(de)(de)泡(pao)沫穩(wen)(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)最強，這可(ke)能(neng)是由(you)于分子(zi)在(zai)空氣/水界面(mian)(mian)(mian)上(shang)排列(lie)最緊密(mi)，形成的(de)(de)液(ye)膜(mo)強度(du)(du)(du)更(geng)大(da)，因此(ci)泡(pao)沫不(bu)易(yi)發(fa)生(sheng)破裂(lie)。

2.6乳化性能(neng)

為(wei)研究表(biao)面(mian)(mian)活(huo)(huo)性(xing)劑(ji)的乳化性(xing)能，測(ce)定了不同濃(nong)度(du)下(xia)表(biao)面(mian)(mian)活(huo)(huo)性(xing)劑(ji)乳化油相液(ye)體石蠟的能力（圖S8，見本文支持信息(xi)）。

圖7示(shi)出(chu)4種(zhong)表(biao)面(mian)活(huo)性劑(ji)對(dui)液(ye)(ye)體石蠟(la)的(de)(de)(de)(de)(de)乳(ru)(ru)化(hua)(hua)能力隨(sui)濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)關(guan)系。P1由(you)于較(jiao)短(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)氧(yang)乙(yi)烯(xi)鏈段導致(zhi)(zhi)較(jiao)差的(de)(de)(de)(de)(de)親水性和乳(ru)(ru)化(hua)(hua)能力。隨(sui)著濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)，P2，P3和P4的(de)(de)(de)(de)(de)乳(ru)(ru)化(hua)(hua)性能逐漸提(ti)升，這是由(you)于吸附(fu)在(zai)油(you)/水界面(mian)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)活(huo)性劑(ji)分(fen)子(zi)數量隨(sui)著濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)而增多，使(shi)分(fen)子(zi)形成的(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)集體在(zai)界面(mian)處排列得更緊密(mi)，生成更致(zhi)(zhi)密(mi)、更剛(gang)性的(de)(de)(de)(de)(de)油(you)/水界面(mian)膜，從(cong)而使(shi)乳(ru)(ru)狀液(ye)(ye)也(ye)更加(jia)穩定(ding)。具有長(chang)聚(ju)氧(yang)乙(yi)烯(xi)鏈的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)活(huo)性劑(ji)乳(ru)(ru)化(hua)(hua)性能更好，這是因(yin)為聚(ju)氧(yang)乙(yi)烯(xi)鏈的(de)(de)(de)(de)(de)空間排斥作(zuo)用可以防止乳(ru)(ru)液(ye)(ye)液(ye)(ye)滴聚(ju)并，有利(li)于穩定(ding)液(ye)(ye)滴。

 圖8示出4種表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)不(bu)同濃(nong)度下的(de)乳(ru)(ru)(ru)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)顯(xian)微圖像。與P2，P3和(he)P4相比，P1的(de)乳(ru)(ru)(ru)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)滴分散度更(geng)低，乳(ru)(ru)(ru)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)滴更(geng)不(bu)均勻，說明P1對液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)體石蠟的(de)乳(ru)(ru)(ru)化能(neng)力(li)較差。隨(sui)著濃(nong)度的(de)增(zeng)加，P2，P3和(he)P4的(de)乳(ru)(ru)(ru)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)滴粒徑(jing)逐漸變小(xiao)(xiao)，液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)滴分散更(geng)均勻，排(pai)布(bu)更(geng)密集，表(biao)明表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)的(de)乳(ru)(ru)(ru)化性能(neng)隨(sui)著濃(nong)度的(de)增(zeng)大(da)而增(zeng)強。在濃(nong)度為(wei)0.1和(he)1.0 g/L時，與其(qi)它表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)相比，P4的(de)乳(ru)(ru)(ru)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)滴尺寸最小(xiao)(xiao)，液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)滴分布(bu)最密集，表(biao)明其(qi)乳(ru)(ru)(ru)化性能(neng)最好；在濃(nong)度為(wei)2.0和(he)3.0 g/L時，P2，P3和(he)P4的(de)乳(ru)(ru)(ru)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)液(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)滴尺寸大(da)小(xiao)(xiao)和(he)分布(bu)情況相似，這與圖7展示的(de)乳(ru)(ru)(ru)化性能(neng)一(yi)致(zhi)。

2.7去污性(xing)能

為探究表面活(huo)性(xing)(xing)劑在清(qing)洗(xi)領域(yu)的(de)應(ying)用，測試了(le)4種表面活(huo)性(xing)(xing)劑對油(you)污(wu)(wu)的(de)去(qu)除(chu)能力。在超聲(sheng)清(qing)洗(xi)之前，油(you)污(wu)(wu)的(de)質量為41 mg.超聲(sheng)清(qing)洗(xi)后，去(qu)離子(zi)水(shui)除(chu)去(qu)10 mg油(you)污(wu)(wu)，去(qu)污(wu)(wu)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)為24.4%；P1由于溶解性(xing)(xing)差(cha)，在水(shui)溶液中大部分(fen)都(dou)不能溶解，導致去(qu)污(wu)(wu)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)很(hen)差(cha)，僅為4.9%；P2，P3和(he)(he)P4分(fen)別除(chu)去(qu)34，27和(he)(he)33 mg油(you)污(wu)(wu)，去(qu)污(wu)(wu)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)分(fen)別達到(dao)82.9%，65.8%和(he)(he)80.5%，遠(yuan)遠(yuan)高于去(qu)離子(zi)水(shui)的(de)去(qu)污(wu)(wu)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)（圖9）。因(yin)此，P2，P3和(he)(he)P4表面活(huo)性(xing)(xing)劑有(you)著良好(hao)的(de)去(qu)污(wu)(wu)性(xing)(xing)能，進一(yi)步說明其在清(qing)洗(xi)領域(yu)有(you)巨大的(de)應(ying)用潛力。

3結論

以2，5，8，11-四甲(jia)基~6-十(shi)二炔~5，8-二醇和環氧(yang)乙(yi)烷為(wei)原料設計(ji)合成(cheng)了4種(zhong)具(ju)有(you)(you)不同聚氧(yang)乙(yi)烯(xi)(xi)鏈(lian)長度(du)(du)的(de)(de)(de)非離子Gemini表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)。隨(sui)(sui)著(zhu)聚氧(yang)乙(yi)烯(xi)(xi)鏈(lian)長度(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，4種(zhong)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)的(de)(de)(de)cmc和Amin逐(zhu)漸增(zeng)加(jia)，Γmax逐(zhu)漸減(jian)小(xiao)，γcmc先減(jian)小(xiao)后增(zeng)加(jia)。其(qi)中，P2的(de)(de)(de)γcmc為(wei)27.19 mN/m，pc20為(wei)4.46，降(jiang)(jiang)低表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)和能(neng)力最強(qiang)，具(ju)有(you)(you)優(you)異(yi)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)。4種(zhong)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)的(de)(de)(de)接觸(chu)角(jiao)(jiao)均(jun)隨(sui)(sui)著(zhu)濃度(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)大而變小(xiao)，當(dang)濃度(du)(du)超過cmc之后接觸(chu)角(jiao)(jiao)不再發(fa)生變化(hua)。P2溶液(ye)的(de)(de)(de)接觸(chu)角(jiao)(jiao)最低可降(jiang)(jiang)為(wei)48°，展現(xian)出優(you)異(yi)的(de)(de)(de)潤(run)濕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)的(de)(de)(de)發(fa)泡量與乳化(hua)相體積隨(sui)(sui)著(zhu)濃度(du)(du)的(de)(de)(de)增(zeng)大而增(zeng)加(jia)，展現(xian)了優(you)良的(de)(de)(de)泡沫性(xing)(xing)(xing)(xing)和乳化(hua)性(xing)(xing)(xing)(xing)。可見，4種(zhong)不同聚氧(yang)乙(yi)烯(xi)(xi)鏈(lian)長度(du)(du)的(de)(de)(de)非離子Gemini表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)在降(jiang)(jiang)低表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張力的(de)(de)(de)同時(shi)具(ju)有(you)(you)出色的(de)(de)(de)潤(run)濕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，綜合性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)優(you)異(yi)，有(you)(you)望(wang)(wang)在工業清(qing)洗中有(you)(you)效(xiao)促(cu)進表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)與污染物的(de)(de)(de)有(you)(you)效(xiao)接觸(chu)，增(zeng)強(qiang)清(qing)潔效(xiao)果。同時(shi)，P1，P2，P3和P4作為(wei)非離子表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)，在水(shui)溶液(ye)中不發(fa)生電離，具(ju)有(you)(you)較(jiao)高的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)(xing)，有(you)(you)望(wang)(wang)適配濕(shi)電子化(hua)學品如半導體顯影液(ye)、剝離液(ye)等多種(zhong)應(ying)用場景，推(tui)動該領(ling)域的(de)(de)(de)技術進步和產品質量提升。