以2,5,8,11-四甲基~6-十二炔~5,8-二醇和環(huán)氧乙烷為原料，三乙胺為催化劑，合成了聚氧乙烯重復(fù)單元數(shù)分別為2,4,5和7的4種非離子Gemini表面活性劑（P1,P2,P3和P4）。通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和1H核磁共振波譜（1H NMR）對(duì)P1——P4的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，利用表面張力儀和接觸角測(cè)量儀等研究了不同聚氧乙烯鏈長度對(duì)表面張力、臨界膠束濃度（cmc）、潤濕性能、泡沫性能和乳化性能的影響。研究結(jié)果表明，隨著聚氧乙烯鏈長度的增加，表面活性劑的cmc逐漸增加，cmc處的表面張力（γcmc,mN/m）先減小后增大，P2的γcmc最小（27.19 mN/m）。此類非離子Gemini表面活性劑均展現(xiàn)出優(yōu)異的潤濕性能，隨著聚氧乙烯鏈長度增加，其發(fā)泡量和乳化能力逐漸增加。此類具有低表面張力和出色潤濕性能的非離子Gemini表面活性劑在半導(dǎo)體顯影和工業(yè)清洗等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

常見的表面活性劑由極性的親水基團(tuán)和非極性的親油基團(tuán)兩部分組成，能顯著降低目標(biāo)溶液的表面張力。根據(jù)親水基團(tuán)在水溶液中電離狀態(tài)的不同，分為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑4類。表面活性劑具有潤濕、乳化、分散、增溶、起泡或消泡等優(yōu)良的性能，廣泛應(yīng)用于洗滌劑、化妝品、藥物遞送、工業(yè)清洗和石油石化等領(lǐng)域，成為日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的化學(xué)品。

臨界膠束濃度（cmc）及在該濃度下的表面張力（γcmc，mN/m）是表征表面活性劑性能的重要參數(shù)。cmc小意味著在實(shí)際應(yīng)用中較小的表面活性劑添加量就可以有效降低目標(biāo)溶液的表面張力。因此，探究cmc和γcmc與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，可以為實(shí)現(xiàn)表面活性劑用量的精準(zhǔn)調(diào)控提供理論依據(jù)，對(duì)于表面活性劑的實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

非離子表面活性劑具有在水溶液中不電離、耐酸堿和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的非離子表面活性劑分子在界面處的排布不夠緊密，疏水作用較小，不利于在低濃度下形成膠束，導(dǎo)致其較差的表面活性，這極大地限制了傳統(tǒng)非離子表面活性劑的應(yīng)用。在光刻膠顯影領(lǐng)域，由于曝光后光刻膠表面形成微結(jié)構(gòu)，添加傳統(tǒng)非離子表面活性劑的顯影液由于過大的表面張力和較弱的潤濕性能，使得顯影液與光刻膠之間接觸不充分，在顯影過程中出現(xiàn)弱顯或不顯，導(dǎo)致芯片生產(chǎn)的良率低等問題。在能源采集領(lǐng)域，傳統(tǒng)表面活性劑無法實(shí)現(xiàn)超低界面張力及快速改善巖石基質(zhì)親水性能，從而造成了油藏資源的浪費(fèi)。在工業(yè)清洗領(lǐng)域，表面活性劑的低潤濕性會(huì)阻礙清洗劑與基質(zhì)表面的污染物之間的接觸，從而影響產(chǎn)品的清潔效率。

Gemini表面活性劑是由兩個(gè)親水基團(tuán)和兩個(gè)疏水基團(tuán)經(jīng)聯(lián)接基共價(jià)連接在一起的表面活性劑。雙親水雙疏水的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使Gemini表面活性劑比傳統(tǒng)的單鏈表面活性劑具有更高的降低表面張力的能力、極低的cmc及優(yōu)異的潤濕性能等。Gan等通過D-葡萄糖、環(huán)氧氯丙烷和長鏈脂肪醇合成了不同烷基鏈長的新型葡萄糖基Gemini表面活性劑，并利用其組裝出載有白藜蘆醇的囊泡，展現(xiàn)出在藥物遞送領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。Zhu等使用非離子Gemini表面活性劑Surfynol®485成功制備了微乳液捕獲劑，該捕獲劑在煤泥浮選中的效率高達(dá)69.70%.Shaban等成功合成了3種聚乙二醇基非離子Gemini表面活性劑，可有效調(diào)控銀納米粒子的制備及催化活性。盡管非離子Gemini表面活性劑的研究已經(jīng)取得較大進(jìn)展，然而其類型依然較少，結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系仍尚不明確。因此，探究非離子Gemini表面活性劑結(jié)構(gòu)與cmc和γcmc之間的關(guān)系，對(duì)于推進(jìn)表面活性劑在半導(dǎo)體顯影、能源采集和工業(yè)清洗等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用有重要意義。

本文以2，5，8，11-四甲基~6-十二炔~5，8-二醇為母體，在三乙胺的催化作用下與環(huán)氧乙烷（EO）通過開環(huán)反應(yīng)合成出4種具有不同聚氧乙烯鏈長度的非離子Gemini表面活性劑P1，P2，P3和P4［聚氧乙烯重復(fù)單元數(shù)（n）分別為2，4，5和7］，合成路線如Scheme 1所示，2，5，8，11-四甲基~6-十二炔~5，8-二醇的烷基鏈為疏水基團(tuán)，聚氧乙烯鏈為親水基團(tuán)，通過調(diào)節(jié)聚氧乙烯鏈長度來調(diào)控表面活性劑的親/疏水性能。

結(jié)果表明，在相同濃度下，隨著聚氧乙烯鏈長度的增加，表面活性劑的親水性增加，導(dǎo)致cmc逐漸增大；γcmc隨聚氧乙烯鏈長度的增加先減小后增大，其中P2的γcmc最低（27.19 mN/m），具有優(yōu)異的表面活性。此外，隨著聚氧乙烯鏈長度的增加，表面活性劑的接觸角和發(fā)泡量逐漸增加，乳化能力逐漸增強(qiáng)。在10 mmol/L的濃度下，表面活性劑在疏水聚四氟乙烯（PTFE）表面上的接觸角最低為48°，展現(xiàn)了出色的潤濕性。因此，本文合成的Gemini表面活性劑在降低表面張力的同時(shí)具有優(yōu)異的潤濕性能，在半導(dǎo)體顯影和工業(yè)清洗等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。