2 结果与讨论

2.1 浓度扫描

表面活性剂在油水界面的吸附量随体相浓度增加而增大，界面张力逐渐降低。为确定后续机理研究的最佳浓度，首先在60 ℃下考察了不同结构C8PxEyS溶液与正癸烷的界面张力随浓度的变化关系，结果见图2。

图2   C8PxEyS在60 ℃时对正癸烷的动态界面张力（a~c）及界面张力稳态值随浓度的变化曲线（d）

如图2a~d所示，随体相浓度增加，扩散至界面并定向排列的表面活性剂分子数量增多，乙基己基短链及PO嵌段插入油相，EO链段及硫酸根头基伸入于水相，有效置填补界面上油水分子间的空位，宏观上表现为界面张力持续下降。当表面活性剂质量分数增至约0.3%时，界面吸附趋于饱和，进一步增加浓度不再显著降低界面张力，曲线进入平台区。3种延展型硫酸盐均能将正癸烷的界面张力降低至10-2 mN/m数量级，表现出较强的降低界面张力能力。鉴于表面活性剂质量分数0.3%既能保证界面饱和吸附，又符合油田现场经济性注入要求，后续实验均在此浓度下进行。

2.2 C8PxEyS在不同温度下对正癸烷的界面张力

在确定最佳浓度后，系统考察了30， 60， 86 ℃下0.3%不同表面活性剂溶液对正癸烷的动态界面张力及其平衡值，结果见图3。由图3a~d所示可知，随温度升高，C8P10E5S和C8P15E10S体系对正癸烷的界面张力均呈持续下降趋势。尤其在86 ℃时，C8P15E10S体系对正癸烷的界面张力较30 ℃时降低1个数量级，达到超低界面张力（<10-2 mN/m）。而C8P15E5S体系的界面张力随温度升高而升高，86 ℃时高达0.2 mN/m。

图3   C8PxEyS在不同温度下对正癸烷的动态界面张力（a~c）及温度对界面张力稳态值的影响（d）

如前所述，由于延展型表面活性剂分子结构中的PO和EO基团与水分子间的氢键对温度敏感，温度升高不仅加速了表面活性剂分子向界面的扩散速率，更重要的是通过改变乙基己基延展型硫酸盐PO/EO链段的水化状态与构象，同时改变了亲水亲油平衡（HLB）和界面吸附膜的结构。由于HLB和吸附膜结构的变化对界面张力的影响趋势可能并不一致，造成了温度对不同结构延展型表面活性剂与正癸烷间界面张力的不同影响规律。为深入解析温度对延展型表面活性剂的作用机制，本文引入油相烷烃碳数（ACN）扫描法，对亲水亲油平衡的变化趋势进行定量表征，进而对表面活性剂分子在界面上的排布特征进行系统分析。

2.3 C8PxEyS在不同温度下对正构烷烃的界面张力

表面活性剂在油水界面上自发吸附的驱动力是其既亲水又亲油的两亲特性，因此，HLB是表面活性剂界面活性的重要参数之一。HLB随表面活性剂分子结构、水相性质和油相特性发生变化，对其精准地定量表征难度较大。对于低界面张力体系，固定表面活性剂浓度和水相条件下，进行对不同碳数正构烷烃（ACN）的界面张力扫描，是唯一有效的实验方法。随着油相ACN增加，油分子间内聚能增大，表面活性剂分子更难溶于油相中，表现为HLB增大。如果对于某一特定碳数正构烷烃，表面活性剂HLB达到最佳，此时界面上吸附量最大，界面张力最低。因此，可以利用界面张力对ACN作图，得到的曲线上最低值对应的ACN值记为该表面活性剂在特定条件下的nmin值。nmin值越大，则表面活性剂的HLB能力越弱。

2.3.1 C8P10E5S

C8P10E5S在不同温度下对正构烷烃的动态界面张力及nmin值随温度的变化如图4a~d所示所示，可以看出：随温度从30 ℃升至86 ℃，C8P10E5S的nmin值持续右移，分别为7， 10和11，水溶性降低。对于常规的阴离子表面活性剂，其水溶性随温度的升高而增强，存在一个临界温度（Krafft点），高于此温度时水溶性会急剧增强。而延展型阴离子表面活性剂由于存在非离子的EO和PO链节，随温度的变化规律更类似于非离子表面活性剂。常温下，C8P10E5S分子中的EO及部分PO链段中的醚氧原子与水分子形成密集氢键，赋予分子较强亲水性；温度升高使氢键断裂，水化层剥离，分子亲水性下降、油溶性增强，亲水亲油平衡向亲油端偏移。

图4   C8P10E5S在不同温度下对正构烷烃的动态界面张力（a~c）及nmin变化（d）

更为重要的是，随温度升高，C8P10E5S的正构烷烃界面张力扫描曲线向右下方移动，达到最佳HLB时的界面张力逐渐降低，意味着C8P10E5S降低界面张力能力随温度升高而增强；同时也证明，温度除了影响HLB外，对界面吸附膜的结构也有调整作用。一方面，高温对表面活性剂分子与水分子间氢键的破坏使表面活性剂分子水化层体积缩减而排列更为紧密；另一方面，PO和EO链在界面上的取向也随温度升高而发生调整，从而进一步降低界面张力。