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脂肪醇聚醚磺酸盐的界面性能、耐温耐盐性能对比

来源:精细石油化工 浏览 369 次 发布时间:2023-09-19

近年来,人们发现氧乙烯基(EO)的引入大大提高了表面活性剂的耐温耐盐等性能。文献中对烷基链相同但氧乙烯基数不同的同系列表面活性剂研究相对较少,本工作通过对实验室合成的3种不同聚合度的脂肪醇聚醚磺酸盐的界面性能、耐温耐盐等性能进行对比,探究了在疏水链不变的情况下聚合度变化对表面活性剂界面性能的影响。


界面张力


在50℃,用XZD-5型旋转滴超低界面张力测定仪测定煤油与表面活性剂水溶液的界面张力,实验结果如图1所示。


由图1可以看出,随着测试时间的推移,脂肪醇聚醚磺酸盐与煤油之的界面张力逐渐减小并趋于稳定。3种表面活性剂界面张力随聚合的增大先减小后增大,其中AESO-3界面张力值最大,AESO-6界面张力值最小为6.03×10-2mN/m。

图1 AESO-n水溶液与煤油的界面张力随时间的变化


非离子-阴离子表面活性剂中引入的EO基团能够改变其亲水亲油平衡,亲水亲油平衡值(HLB)决定其能否在油水界面形成稳定的吸附膜。HBL值偏大或偏小时,表面活性剂分子在水相或油相中溶解度过大,不易在油水界面吸附产生低界面张力。EO聚合度较小时其在分子中主要体现疏水作用,所以AESO-3表面活性剂HBL值偏小,在油相中的溶解度过大不利低界面张力的形成;随着EO聚合度的增大,EO基团亲水性增强,HBL值增大,界面张力降低;随着聚合度继续增加,表面活性剂在水中的溶解度增加,同时氧乙烯链在油水界面吸附时,链段之间相互交错更容易以卷曲的形式存在[14],二者共同作用导致界面张力有增大的趋势。表面活性剂的HBL值可以由下式估算,常见HBL基团数见表1。


HBL=7+∑(亲水基团数)-∑(亲油基团数)


耐温性


实验测定了3种表面活性剂在不同温度下3 h末的界面张力稳定值,结果见表2。


从表2可以看出,AESO-3界面张力值随着温度的升高而增加,AESO-6和AESO-9界面张力值始终保持在10-2mN/m数量级,说明随着EO聚合度的增加表面活性剂的耐温性能提高。这主要是脂肪醇聚醚磺酸盐在形成胶束时烷基链向内、聚氧乙烯链向外并与水分子之间形成氢键,增强了表面活性剂分子的亲水性,高温会破坏聚氧乙烯链与水分子之间的氢键作用导致亲水性下降。随着聚合度的增加表面活性剂分子与水分子之间氢键数增多,使得表面活性剂在高温下也具有较好的界面性能。


耐盐性

从图2可以看出,随着矿化度的增加,AESO-3的界面张力先降低后升高,AESO-6和AESO-9界面张力降低到平衡值后基本保持稳定,在矿化度达到120 000 mg/L时界面张力仍能达到10-2mN/m数量级,这说明EO聚合度的增加提高了脂肪醇聚醚磺酸盐的耐盐性能。这一现象可以用无机盐对表面活性剂在溶液中的聚集形态的影响来解释[15]。通常表面活性剂中的双亲基团各自趋向于自身亲和力强的溶液中,在油水界面规则排列形成一层亲水基向外、憎水基向内的薄层,溶液中浓度达到一定时,表面活性剂分子发生聚集形成胶束。加入适量无机盐,无机盐正离子受静电作用会在亲水基附近聚集能够降低亲水基之间的静电排斥、改变表面活性剂在界面的堆积形态,从而降低油水界面张力;随着无机盐浓度继续增大,无机盐离子对表层进一步压实,油相无法进入胶束中导致界面张力增大。而对于非离子-阴离子表面活性剂,中性亲水基团EO的引入减弱了无机盐对界面亲水基的静电作用,从而使其在矿化度较高的时候仍然能够保持良好的界面活性。