2.4潤濕性能

為研究表面活性劑在疏水表面上的潤濕行為，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表面活性劑與PTFE的接觸角。隨著表面活性劑濃度的增加，4種表面活性劑與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°.這是由于在較低濃度條件下，隨著濃度的增加，更多的表面活性劑分子吸附在固/液界面上，分子以烷基鏈朝向表面，親水基團(tuán)朝向水溶液，界面張力降低，接觸角變小。隨著濃度繼續(xù)升高，由于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(dāng)濃度超過cmc之后，P2，P3和P4的接觸角基本不再發(fā)生變化，這是由于界面上表面活性劑分子吸附達(dá)到飽和狀態(tài)，溶液的表面張力不再變化。進(jìn)一步通過楊氏方程闡釋高濃度下接觸角不再發(fā)生變化的原因：

式中：γsg，γlg和γsl分別為固/氣、液/氣和固/液的界面張力；當(dāng)使用PTFE作為基底時(shí)，通常認(rèn)為γsg是一個(gè)常數(shù)。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?nèi)ルx子水與PTFE的接觸角為112°，傳統(tǒng)非離子表面活性劑與PTFE的接觸角通常在80°——110°之間，因此4種非離子Gemini表面活性劑展現(xiàn)出優(yōu)異的潤濕性能，有望在工業(yè)清洗中有效促進(jìn)表面活性劑與污染物的有效接觸，增強(qiáng)清潔效果；同時(shí)有望增強(qiáng)顯影液對光刻膠的浸潤性，進(jìn)而提高產(chǎn)品良率。

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

2.5泡沫性能

為研究4種表面活性劑的泡沫性能，利用振蕩法對其發(fā)泡性和穩(wěn)泡性進(jìn)行測試。圖5給出4種表面活性劑的初始發(fā)泡量隨濃度的變化趨勢。表面活性劑的初始發(fā)泡量隨濃度的增加而增加，濃度超過cmc后發(fā)泡量趨于穩(wěn)定。在相同濃度條件下，隨著聚氧乙烯鏈的增長，表面活性劑的初始發(fā)泡量逐漸增加。這是因?yàn)榫垩跻蚁╂溤谝欢ǔ潭壬系脑鲩L使得表面活性劑的親水性增強(qiáng)，表面活性劑分子從溶液內(nèi)部到水/空氣界面的吸附速率加快，從而提升了發(fā)泡能力。

泡沫穩(wěn)定性是由表面活性劑形成的液膜強(qiáng)度決定的，而濃度、體系界面張力、表觀黏度及液膜表面電荷等是影響液膜強(qiáng)度的重要因素。

圖6示出4種表面活性劑泡沫穩(wěn)定性隨濃度的變化情況。泡沫穩(wěn)定性隨著濃度的增加先升高至最大值后又降低。這是因?yàn)楸砻婊钚詣┑奈綄?dǎo)致了Gibbs-Marangoni效應(yīng)。當(dāng)液膜受到?jīng)_擊局部變薄時(shí)，產(chǎn)生表面張力梯度，導(dǎo)致鄰近區(qū)域吸附的表面活性劑攜帶水化層向薄膜處遷移，以恢復(fù)原來的表面張力并修復(fù)液膜。在較低濃度時(shí)，表面活性劑濃度的增加使得Gibbs-Marangoni效應(yīng)隨之加強(qiáng)，進(jìn)而有效阻止液膜變薄，增加泡沫的穩(wěn)定性。當(dāng)濃度大于cmc后，溶液中的表面活性劑分子能夠快速吸附在界面處，使得Gibbs-Marangoni效應(yīng)減弱，泡沫穩(wěn)定性降低。在4種表面活性劑中，P2的泡沫穩(wěn)定性最強(qiáng)，這可能是由于分子在空氣/水界面上排列最緊密，形成的液膜強(qiáng)度更大，因此泡沫不易發(fā)生破裂。

2.6乳化性能

為研究表面活性劑的乳化性能，測定了不同濃度下表面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種表面活性劑對液體石蠟的乳化能力隨濃度的變化關(guān)系。P1由于較短的聚氧乙烯鏈段導(dǎo)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，這是由于吸附在油/水界面上的表面活性劑分子數(shù)量隨著濃度的增加而增多，使分子形成的聚集體在界面處排列得更緊密，生成更致密、更剛性的油/水界面膜，從而使乳狀液也更加穩(wěn)定。具有長聚氧乙烯鏈的表面活性劑乳化性能更好，這是因?yàn)榫垩跻蚁╂湹目臻g排斥作用可以防止乳液液滴聚并，有利于穩(wěn)定液滴。

圖8示出4種表面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，表明表面活性劑的乳化性能隨著濃度的增大而增強(qiáng)。在濃度為0.1和1.0 g/L時(shí)，與其它表面活性劑相比，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(shí)，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去污性能

為探究表面活性劑在清洗領(lǐng)域的應(yīng)用，測試了4種表面活性劑對油污的去除能力。在超聲清洗之前，油污的質(zhì)量為41 mg.超聲清洗后，去離子水除去10 mg油污，去污效率為24.4%；P1由于溶解性差，在水溶液中大部分都不能溶解，導(dǎo)致去污效率很差，僅為4.9%；P2，P3和P4分別除去34，27和33 mg油污，去污效率分別達(dá)到82.9%，65.8%和80.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于去離子水的去污效率（圖9）。因此，P2，P3和P4表面活性劑有著良好的去污性能，進(jìn)一步說明其在清洗領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。

3結(jié)論

以2，5，8，11-四甲基~6-十二炔~5，8-二醇和環(huán)氧乙烷為原料設(shè)計(jì)合成了4種具有不同聚氧乙烯鏈長度的非離子Gemini表面活性劑。隨著聚氧乙烯鏈長度的增加，4種表面活性劑的cmc和Amin逐漸增加，Γmax逐漸減小，γcmc先減小后增加。其中，P2的γcmc為27.19 mN/m，pc20為4.46，降低表面張力的效率和能力最強(qiáng)，具有優(yōu)異的表面活性。4種表面活性劑的接觸角均隨著濃度的增大而變小，當(dāng)濃度超過cmc之后接觸角不再發(fā)生變化。P2溶液的接觸角最低可降為48°，展現(xiàn)出優(yōu)異的潤濕性能。表面活性劑的發(fā)泡量與乳化相體積隨著濃度的增大而增加，展現(xiàn)了優(yōu)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表面活性劑在降低表面張力的同時(shí)具有出色的潤濕性能，綜合性能優(yōu)異，有望在工業(yè)清洗中有效促進(jìn)表面活性劑與污染物的有效接觸，增強(qiáng)清潔效果。同時(shí)，P1，P2，P3和P4作為非離子表面活性劑，在水溶液中不發(fā)生電離，具有較高的穩(wěn)定性，有望適配濕電子化學(xué)品如半導(dǎo)體顯影液、剝離液等多種應(yīng)用場景，推動(dòng)該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量提升。