基于“lock-in”效应的阳离子三联表面活性剂蠕虫状胶束流变性能

以三联阳离子表面活性剂双(2-羟基-二亚甲基醚)-α,ω,γ-三(十六烷基二甲基氯化铵)(16-4(OH)-16-4(OH)-16)在水杨酸钠(NaSal)及氯化钠(NaCl)作用下形成的蠕虫状胶束为研究对象,向该体系中增溶苯乙烯(St)引发聚合,探讨了聚合前后胶束溶液的流变性能。通过表观黏度法研究了16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/NaSal两种体系聚合后溶液的耐温(T)及耐剪切性,并利用流变测试对16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl体系增溶St聚合前后溶液性能进行了表征。结果表明:CTAB/NaSal胶束体系中St最佳增溶量为0.05g,T=100℃或剪切90min,聚合后溶液表观黏度(ηa)分别为66.9、15.5mPa.s;而16-4(OH)-16-4(OH)-16/NaSal/NaCl胶束中St最佳增溶量为0.10g,T=100℃且连续剪切90min后,聚合后溶液的ηa始终维持在99.1mPa.s,该体系聚合后稳态模量(G0)高于未增溶St体系,由此说明蠕虫状胶束内St聚合物链可以产生对其微结构的'lock-in'效应。

阳离子三联表面活性剂/NaSS/S_t蠕虫状胶束及性能

引言 蠕虫状胶束是基于非共价键作用的表面活性剂分子的自组装结构[1-2]，胶束处于断裂一重新生成的动态平衡中[3-4]。由于其具有独特的流变性质，被广泛应用于清洁压裂中，其中使用的主剂大多为普通单链的阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂及两性离子表面活性剂[5-6]。然而，蠕虫状胶束对温度、离子强度、应力等[7-9]因素的变化过于敏感，因此限制了其在油田领域的广泛应用。

新型三联季铵盐阳离子表面活性剂的合成与性能

以异丙醇为溶剂,柠檬酸、十二烷基二甲基叔胺和环氧氯丙烷为原料合成了柠檬酸三酯三联季铵盐阳离子表面活性剂(CTTTA)。在反应温度85℃,反应时间12 h 条件下,产物的收率大于90%,纯度97.58%,Krafft 点<0℃。用表面张力法、稳态荧光探针法和电导法在25℃测定的产物临界胶束浓度(cmc)值分别为3.3×10^(-4),3.4×10^(-4)和3.5×10^(-4)mol/L。CTTTA 与传统阳离子表面活性剂相比,有较高的表面活性。

单、双、三联季铵盐型表面活性剂的润湿反转能力

研究了三联季铵盐型阳离子表面活性剂(3RQ)、双联季铵盐型阳离子表面活性剂(2RQ)和单联阳离子表面活性剂(CTAB)在亲油表面上的润湿反转性能和吸附性能。油/液/固三相接触角实验结果表明,将亲油表面润湿反转为中间润湿状态(接触角90°左右)的过程中,3RQ的浓度为2.17×10-3mmol/L,比2RQ(0.016 mmol/L)和CTAB(0.27 mmol/L)的浓度分别低了1数2个数量级;同时,3RQ、2RQ和CTAB获得稳定接触角的时间分别为20 min、35 min和35 min。此外,中间润湿状态浓度下,3RQ在亲油云母片上的吸附是连续的片状分布;而CTAB和2RQ分别是点状分布和带状分布。中间润湿状态浓度下,3RQ在油砂上的吸附更加彻底。三种表面活性剂润湿反转的能力与它们在亲油表面上的吸附能力相关。

m-s-m-s-m型三联新型季铵盐表面活性剂的合成与性能测定

Gemini新型表面活性剂是当今科学研究的热点。本研究采用二乙烯三胺与甲醛、甲酸进行甲基化反应合成了中间体五甲基二乙烯三胺,并通过红外光谱分析及电位滴定法分析测定其纯度。然后,在碳酸钠的催化作用下,与溴代十二烷在乙醇体系中发生季铵化反应生成最终产物m-s-m-s-m型三联新型季铵盐表面活性剂。在此基础上,通过单因素实验考察了原料摩尔比、反应温度、反应时间等因素对反应产率的影响。最后确定最佳摩尔比为溴代十二烷过量5%～10%、最佳温度为87℃、最佳反应时间为5 h。最后对提纯后产品的最低胶束浓度(cmc)、γcmc、克拉夫(Krafft)、熔点等性能进行了测定。

相转移催化法合成三联阴离子表面活性剂

采用相转移催化法合成丙三醇三缩水甘油醚,再与十二胺、氯乙酸钠反应,合成了一种丙三醇型三联阴离子表面活性剂,所用原料无毒无害。讨论了合成条件,并对性能进行测试。结果表明,合成的三联阴离子表面活性剂能有效降低水的表面张力,其临界胶束浓度达10-6mol/L的数量级,有很好的发泡稳定性和较低的Kraff点。

三联阳离子表面活性剂的合成及复配性能

以环氧氯丙烷、叔胺、甘油为主要原料,水为溶剂,经过开环、季铵化反应,合成了新型三联季铵盐阳离子表面活性剂(Ⅲ-12-4),得率为86.9%。采用质谱和元素分析测试技术对产物结构进行表征,证明所得产物即为目标产物。通过采用DCA-315型表面张力及动态接触角分析仪对表面张力的测定研究了其与十二烷基硫酸钠(SDS)复配体系的表面化学性质,稳态荧光探针法考察了微极性变化,还得到了胶束聚集数。结果表明,复配体系与单一体系相比,具有更低的临界胶束浓度(cmc)和降低表面张力的效能,表现出协同效应。当n(Ⅲ-12-4)∶n(SDS)=3∶7时,复配体系的临界表面张力(γcmc)和临界胶束浓度分别为16.95mN/m和1.33×10-5mol/L,并且胶束聚集数只有SDS的1/6,混合胶束结构紧密,微极性降低。

三联阴离子表面活性剂的合成及其表面化学性能

采用丙三醇、环氧氯丙烷、十二醇及氯磺酸为主要原料合成了三联阴离子表面活性剂Ⅲ-12S。采用元素分析、液相色谱和质谱对产物结构进行表征,通过表面张力的测定研究了其在不同温度和不同反离子浓度下的表面化学性质,并计算了其溶液的胶团化热力学函数。结果表明,表面活性剂Ⅲ-12S具有更低的临界胶团浓度(cmc)和降低表面张力的能力,40℃、c(NaCl)=0.20 mol/L时,最低表面张力(γcmc)和cmc分别为27.54 mN/m和4.898×10-5mol/L。其胶团化热力学函数表明其形成胶团的过程为熵驱动。

NaSal/NaCl诱导阳离子蠕虫状胶束的形成及流变性研究

以阳离子三联表面活性剂双(2-羟基-二亚甲基醚)-α,ω,γ-三(十六烷基二甲基氯化铵)(TrimerC16)为主剂,水杨酸钠(Na Sal)为有机反离子,氯化钠(Na Cl)为无机反离子,制备了阳离子蠕虫状胶束体系。利用电导率-表观黏度法研究了TrimerC16的相行为,考察了不同有机反离子Na Sal、苯甲酸钠(Na BENZ)及甲酸钠(Na FM)对TrimerC16克拉夫特温度(Tk)的影响,通过动态流变手段研究了TrimerC16/Na Sal/Na Cl的流变行为,并采用表观黏度法考察了温度(T)及剪切时间(ts)对该体系表观黏度(ηa)的影响。结果表明:TrimerC16的临界囊泡浓度(CVC)为0.015 mmol?L?1,临界胶束浓度为0.042mmol?L?1;三种有机反离子对TrimerC16的Tk影响大小顺序为:Na Sal>Na BENZ>Na FM;剪切速率(r′)为100 s?1时,TrimerC16/Na Sal/Na Cl体系的黏度仍高达70 m Pa·s;T=100℃时,转速为50 r?min?1下,TrimerC16/Na Sal/Na Cl体系的ηa为61.8 m Pa?s,而同一测试条件下,相同摩尔浓度的单链表面活性剂胶束体系的ηa已接近水的黏度。TrimerC16/Na Sal/Na Cl蠕虫状胶束体系耐较高温、耐剪切且破胶彻底。