2.4潤濕性能

為研究表麵活性劑在疏水表麵上的潤濕行為，利用接觸角測量儀測定了其在PTFE上的接觸角。圖4給出不同濃度下4種非離子Gemini表麵活性劑與PTFE的接觸角。隨著表麵活性劑濃度的增加，4種表麵活性劑與PTFE的接觸角逐漸降低。P1的接觸角從96°降低到60°；P2的接觸角從97°降低到48°；P3的接觸角從97°降低到55°；P4的接觸角從106°降低到64°.這是由於在較低濃度條件下，隨著濃度的增加，更多的表麵活性劑分子吸附在固/液界麵上，分子以烷基鏈朝向表麵，親水基團朝向水溶液，界麵張力降低，接觸角變小。隨著濃度繼續升高，由於P1已不能完全溶解，因此以P2，P3和P4作為研究對象研究其接觸角隨濃度的變化。當濃度超過cmc之後，P2，P3和P4的接觸角基本不再發生變化，這是由於界麵上表麵活性劑分子吸附達到飽和狀態，溶液的表麵張力不再變化。進一步通過楊氏方程闡釋高濃度下接觸角不再發生變化的原因：

式中：γsg，γlg和γsl分別為固/氣、液/氣和固/液的界麵張力；當使用PTFE作為基底時，通常認為γsg是一個常數。隨著濃度超過cmc，γlg和γsl基本不再改變，因此接觸角θ也基本保持不變。純去離子水與PTFE的接觸角為112°，傳統非離子表麵活性劑與PTFE的接觸角通常在80°——110°之間，因此4種非離子Gemini表麵活性劑展現出優異的潤濕性能，有望在工業清洗中有效促進表麵活性劑與汙染物的有效接觸，增強清潔效果；同時有望增強顯影液對光刻膠的浸潤性，進而提高產品良率。

另一方麵，在相同濃度下，隨著聚氧乙烯鏈長度的增加，表麵活性劑與PTFE的接觸角逐漸變大。這是由於聚氧乙烯鏈增長提高了分子的親水性，減弱了與疏水PTFE表麵的相互作用，使接觸角增大。

2.5泡沫性能

為研究4種表麵活性劑的泡沫性能，利用振蕩法對其發泡性和穩泡性進行測試。圖5給出4種表麵活性劑的初始發泡量隨濃度的變化趨勢。表麵活性劑的初始發泡量隨濃度的增加而增加，濃度超過cmc後發泡量趨於穩定。在相同濃度條件下，隨著聚氧乙烯鏈的增長，表麵活性劑的初始發泡量逐漸增加。這是因為聚氧乙烯鏈在一定程度上的增長使得表麵活性劑的親水性增強，表麵活性劑分子從溶液內部到水/空氣界麵的吸附速率加快，從而提升了發泡能力。

泡沫穩定性是由表麵活性劑形成的液膜強度決定的，而濃度、體係界麵張力、表觀黏度及液膜表麵電荷等是影響液膜強度的重要因素。

圖6示出4種表麵活性劑泡沫穩定性隨濃度的變化情況。泡沫穩定性隨著濃度的增加先升高至最大值後又降低。這是因為表麵活性劑的吸附導致了Gibbs-Marangoni效應。當液膜受到衝擊局部變薄時，產生表麵張力梯度，導致鄰近區域吸附的表麵活性劑攜帶水化層向薄膜處遷移，以恢複原來的表麵張力並修複液膜。在較低濃度時，表麵活性劑濃度的增加使得Gibbs-Marangoni效應隨之加強，進而有效阻止液膜變薄，增加泡沫的穩定性。當濃度大於cmc後，溶液中的表麵活性劑分子能夠快速吸附在界麵處，使得Gibbs-Marangoni效應減弱，泡沫穩定性降低。在4種表麵活性劑中，P2的泡沫穩定性最強，這可能是由於分子在空氣/水界麵上排列最緊密，形成的液膜強度更大，因此泡沫不易發生破裂。

2.6乳化性能

為研究表麵活性劑的乳化性能，測定了不同濃度下表麵活性劑乳化油相液體石蠟的能力（圖S8，見本文支持信息）。

圖7示出4種表麵活性劑對液體石蠟的乳化能力隨濃度的變化關係。P1由於較短的聚氧乙烯鏈段導致較差的親水性和乳化能力。隨著濃度的增加，P2，P3和P4的乳化性能逐漸提升，這是由於吸附在油/水界麵上的表麵活性劑分子數量隨著濃度的增加而增多，使分子形成的聚集體在界麵處排列得更緊密，生成更致密、更剛性的油/水界麵膜，從而使乳狀液也更加穩定。具有長聚氧乙烯鏈的表麵活性劑乳化性能更好，這是因為聚氧乙烯鏈的空間排斥作用可以防止乳液液滴聚並，有利於穩定液滴。

圖8示出4種表麵活性劑不同濃度下的乳液顯微圖像。與P2，P3和P4相比，P1的乳液液滴分散度更低，乳液液滴更不均勻，說明P1對液體石蠟的乳化能力較差。隨著濃度的增加，P2，P3和P4的乳液液滴粒徑逐漸變小，液滴分散更均勻，排布更密集，表明表麵活性劑的乳化性能隨著濃度的增大而增強。在濃度為0.1和1.0 g/L時，與其它表麵活性劑相比，P4的乳液液滴尺寸最小，液滴分布最密集，表明其乳化性能最好；在濃度為2.0和3.0 g/L時，P2，P3和P4的乳液液滴尺寸大小和分布情況相似，這與圖7展示的乳化性能一致。

2.7去汙性能

為探究表麵活性劑在清洗領域的應用，測試了4種表麵活性劑對油汙的去除能力。在超聲清洗之前，油汙的質量為41 mg.超聲清洗後，去離子水除去10 mg油汙，去汙效率為24.4%；P1由於溶解性差，在水溶液中大部分都不能溶解，導致去汙效率很差，僅為4.9%；P2，P3和P4分別除去34，27和33 mg油汙，去汙效率分別達到82.9%，65.8%和80.5%，遠遠高於去離子水的去汙效率（圖9）。因此，P2，P3和P4表麵活性劑有著良好的去汙性能，進一步說明其在清洗領域有巨大的應用潛力。

3結論

以2，5，8，11-四甲基~6-十二炔~5，8-二醇和環氧乙烷為原料設計合成了4種具有不同聚氧乙烯鏈長度的非離子Gemini表麵活性劑。隨著聚氧乙烯鏈長度的增加，4種表麵活性劑的cmc和Amin逐漸增加，Γmax逐漸減小，γcmc先減小後增加。其中，P2的γcmc為27.19 mN/m，pc20為4.46，降低表麵張力的效率和能力最強，具有優異的表麵活性。4種表麵活性劑的接觸角均隨著濃度的增大而變小，當濃度超過cmc之後接觸角不再發生變化。P2溶液的接觸角最低可降為48°，展現出優異的潤濕性能。表麵活性劑的發泡量與乳化相體積隨著濃度的增大而增加，展現了優良的泡沫性和乳化性。可見，4種不同聚氧乙烯鏈長度的非離子Gemini表麵活性劑在降低表麵張力的同時具有出色的潤濕性能，綜合性能優異，有望在工業清洗中有效促進表麵活性劑與汙染物的有效接觸，增強清潔效果。同時，P1，P2，P3和P4作為非離子表麵活性劑，在水溶液中不發生電離，具有較高的穩定性，有望適配濕電子化學品如半導體顯影液、剝離液等多種應用場景，推動該領域的技術進步和產品質量提升。