海水条件下延展型表面活性剂降低界面张力性能研究

为系统探究海水条件下延展型表面活性剂降低界面张力的结构-性能关系,本研究选取不同结构的延展型表面活性剂进行了界面张力测试,并分别考察了疏水烷基链长、烷基支链化、氧丙烯(PO)基团数、氧乙烯(EO)基团数对降低界面张力能力的影响。结果表明,通过增加烷基链长和疏水基支链化,对界面张力降低能力影响幅度小,不能达到超低数值(<10^(-2)m N/m)。PO数是影响延展型表面活性剂降低界面张力能力的关键因素,通过长PO链段螺旋卷曲,增大疏水基尺寸,在适宜的亲水亲油平衡条件下,可以将界面张力降至10^(-3)m N/m数量级。EO基团增加不利于分子在界面上紧密排列,造成界面张力升高。原油组分在界面上的竞争吸附不利于界面张力降低,PO数增加,与原油的界面张力逐渐降低。该类表面活性剂在海水条件下依然具有高界面活性,适用于海上油藏化学驱提高采收率。

聚氧丙烯链对延展型表面活性剂的双亲性贡献

以天然月桂醇为原料,采用丙氧基化反应、硫酸酯化反应和中和反应合成了系列月桂基聚氧丙烯醚硫酸钠(SLPpS,依据月桂醇与环氧丙烷物质的量比计算得到p=3、6、9),采用红外和核磁氢谱对其进行了结构表征。考察了SLPpS的表面张力、泡沫、乳化、润湿、去污、临界胶束温度和钙离子抗性等界面和胶束溶液性质,并与两种传统表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠(SLE3S)对比,突显聚氧丙烯(PPO)链对延展型表面活性剂性质的影响。结果表明,PPO链不仅为SLPpS分子提供疏水贡献,使SLPpS的表面张力降低至32.1 mN/m以下,并使其临界胶束浓度低至1.0×10-4 mol/L数量级,同时产生了优于SDS和SLE3S的乳化、润湿和去污能力,而且提供弱的极性贡献,产生低于0℃的临界胶束温度和高于SDS约30倍的钙离子抗性。SLPpS的优异性质使其适用于个人护理及家用清洁产品中。

氧化铝-延展型表面活性剂的吸附胶束及其吸附增溶

合成了一系列直链烷基聚氧丙烯醚硫酸钠(C_(c)P_(p)S,c=8或16时,p=9;c=12时,p=3,6或9)并鉴定了其结构.与十二烷基硫酸钠(SDS)类似,C_(12)P_(9)S在氧化铝上的饱和吸附量以及对阳离子染料亚甲基蓝的吸附增溶行为共同证实该延展型表面活性剂在表面上形成了双层吸附胶束,但由聚氧丙烯(PPO)连接基导致的橄榄球状分子及其导致的较大分子吸附面积,使其吸附能力及其对亚甲基蓝的吸附增溶能力均稍弱于SDS.C_(12)P_(9)S@Al_(2)O_(3)对弱极性分子1-苯乙醇和难溶性分子苯乙烯的吸附增溶能力均明显强于SDS,而且对1-苯乙醇的吸附增溶量达到SDS@Al_(2)O_(3)的8.5倍,说明1-苯乙醇主要被增溶在C_(12)P_(9)S双层吸附胶束中PPO连接基所在的膨大部位,这使延展型表面活性剂改性的氧化铝在废水处理和药物传递系统等领域具有潜在的应用前景.

温度对延展型表面活性剂界面张力的影响

为深入了解延展型表面活性剂降低界面张力(IFTs)的作用机制,采用旋转滴法研究延展型表面活性剂与正构烷烃间的界面张力,并考察不同盐度条件下温度对延展型表面活性剂降低界面张力能力的影响。结果表明:由于聚氧丙烯(PO)基团的存在,延展型表面活性剂疏水基团尺寸增大,降低界面张力能力较强,其与辛烷的界面张力达到0.01 mN/m数量级;低盐度条件下,温度升高会进一步增加疏水基团的尺寸,有利于界面张力的降低,温度从30℃升高至90℃,界面张力降低幅度约为1个数量级;盐度增大,离子头尺寸减小,延展型表面活性剂对适宜碳数的油相能够达到超低界面张力,此时升高温度主要影响延展型表面活性剂的亲水-亲油能力,但对界面张力最低值影响不大。

延展型表面活性剂中PEO与PPO的协同效应

月桂醇经丙氧基化、乙氧基化、硫酸酯化和中和系列反应合成了月桂基聚氧丙烯-聚氧乙烯醚硫酸钠(SLP_(3)E_(3)S)。采用FTIR、ESI-MS和1HNMR表征了其结构。测定了SLP_(3)E_(3)S的界面化学性质和应用性能,并与十二烷基硫酸钠(SDS)、月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠(SLE3S)和月桂基聚氧丙烯醚硫酸钠(SLP3S)对比,考察引入聚氧乙烯链(PEO)与延展型表面活性剂中聚氧丙烯链(PPO)的协同效应。结果表明,PEO链与PPO链的协同效应使SLP_(3)E_(3)S在低泡性(49 mL)、对极性油的乳化力(19.4 min)和钙皂分散力(55.8 mol/mol)等方面显著优于另外3种表面活性剂;而其电解质抗性(尤其是钙离子抗性)远超SDS和SLP_(3)S,并达到与SLE_(3)S同等水准。

用亲油亲水偏差方法设计延展型表面活性剂的 微乳配方

亲水亲油偏差(HLD)方法可以作为微乳配方的预测手段,通过常数测定、最佳盐度测定、表面活性剂质量分数测定、UTCHEM模拟等成功设计出延展型表面活性剂(e-表面活性剂)的最佳微乳液配方.该配方在油藏温度为46℃时,储层水及原油之间的静态界面张力(IFT)为0.004 mN/m,达到超低范围(<10-2 mN/m).

含聚醚基团阴离子表面活性剂对PMMA表面润湿性的影响

为了探索同时具有聚氧异丙烯基团(PO)和聚氧乙烯基团(EO)的延展型表面活性剂分子在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面的润湿性调控机制,对5种具有PO基团和EO基团的阴离子延展型表面活性剂十八烷基-(聚氧异丙烯)_(m)-(聚氧乙烯)_(n)-羧酸钠(C_(18)PO_(m)EO_(n)COONa,m=5、10、15和n=5、10、15)溶液在PMMA表面的润湿性进行测试分析,考察了PO基团、EO基团和表面活性剂浓度对表面张力(γ_(LV))和接触角(θ)的影响,并计算黏附张力(γ_(LV)cosθ)、黏附功(W_(A))和固液界面张力(γ_(SL))等吸附参数。结果表明:表面活性剂浓度小于临界胶束浓度(CMC)时,C_(18)PO_(m)EO_(n)COONa分子在溶液-空气界面和PMMA-溶液界面吸附,导致γLV降低,疏水烷基链朝向水相,导致γSL升高,两者共同作用导致θ不发生变化,维持在约75°;浓度大于CMC时,C_(18)PO_(m)EO_(n)COONa分子在溶液-空气和PMMA-溶液界面同时达到饱和吸附,吸附参数趋于稳定;进一步增大浓度,C_(18)PO_(m)EO_(n)COONa分子通过疏水相互作用在PMMA-溶液界面形成聚集体,亲水基团朝向水相,导致γSL迅速减小,θ急剧降低,C_(18)PO_(5)EO_(15)C的θ可降低至约43°。随着PO基团数量的增加,C_(18)PO_(m)EO_(n)COONa在CMC时的γLV和高浓度时的θ逐渐升高;而随着EO基团数量的增加,γLV和θ几乎不发生变化。

支链化延展型阴离子表面活性剂在聚甲基丙烯酸甲酯表面的吸附行为

为研究不同结构的表面活性剂在固体表面的吸附性能,利用座滴法研究支链化延展型阴离子表面活性剂十二烷基(聚氧异丙烯)8硫酸盐(G-C_(12)PO_(8)S)和十六烷基(聚氧异丙烯)8硫酸盐(G-C_(16)PO_(8)S)在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面的润湿性,考察延展型表面活性剂的支链化程度对吸附行为的影响,并讨论粘附张力、固液界面张力及粘附功的变化规律。结果表明:当浓度低于临界胶束浓度(cmc)时,PO基团的特殊性质增强了表面活性剂分子与PMMA表面的极性相互作用,表面活性剂通过极性基团吸附在PMMA表面,疏水尾链指向溶液,导致PMMA表面被疏水化;当浓度高于cmc时,表面活性剂分子倾向于在PMMA-溶液界面形成聚集体,亲水头指向溶液,导致固体表面被亲水改性;在疏水改性时,表面活性剂分子的支链化程度起主导作用;而在亲水改性时,空间阻碍起主导作用。

脂肪醇嵌段聚醚硫酸盐的合成与性能

以脂肪醇嵌段聚醚即一种脂肪醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、氨基磺酸为原料,尿素为催化剂,合成了硫酸酯盐延展型阴-非离子表面活性剂,采用红外光谱对其结构进行了表征,采用浊度法、滴体积法、分水时间法、分散指数法对其低温溶解性能、表面性能、乳化性能、分散性能进行了测定。采用单因素实验法,研究了反应温度、反应时间、催化剂用量、原料配比等因素对产物中活性物含量的影响,并确定了最佳合成反应条件。结果表明,在反应温度100℃、反应时间3 h、催化剂用量为反应物总质量的1%、n(嵌段聚醚)∶n(氨基磺酸)=1∶1.5条件下,产物中活性物含量达到96.49%。

十二烷基聚氧丙烯醚-9硫酸钠@Al2O3新型吸附剂对阿伏苯宗的吸附增溶

延展型表面活性剂的吸附增溶特性在日用化学品及药物传送体系中具有应用潜能.研究合成了一种e-表面活性剂十二烷基聚氧丙烯醚-9硫酸钠(C12P9S)并用FTIR和1H NMR表征其结构.测得其表面张力为32 mN·m-1,CMC为0.18 mmol·L-1,饱和吸附量为0.95μmol·m-2以及表面最小分子吸附面积为174?2,因此比十二烷基硫酸钠(SDS)具有更高的表面活性,且因其PPO链而在各种界面上占据更大的分子吸附面积.以微米级Al2O3为吸附剂,通过吸附法分别制备了C12P9S@Al2O3和SDS@Al2O3两种改性吸附剂,测得C12P9S和SDS在Al2O3上的吸附量分别为0.168 mmol·g-1和0.218 mmol·g-1;对化妆品中常用防晒剂阿伏苯宗(Ab)进行吸附增溶对比,结果表明C12P9S@Al2O3上Ab的吸附增溶量达到1223 g·mol-1,显著高于SDS@Al2O3的874 g·mol-1,表明C12P9S分子中PPO链有独特的吸附增溶贡献,因此e-表面活性剂具有在防晒产品中应用的潜能.