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，通常認(rèn)為γsg是一個常數(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。這是因為聚氧乙烯鏈在一定程度上的增長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。這是因為表面活性劑的吸附導(dǎo)致了Gibbs-Marangoni效應(yīng)。當(dāng)液膜受到?jīng)_擊局部變薄時，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，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，這是因為聚氧乙烯鏈的空間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，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，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?？梢?，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，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，推動該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量提升。