十二烷基磺酸钠及其复配体系溶液起泡性研究

十 二 烷 基 磺 酸 钠 及 其 复 配 体 系 ， 溶 液 起 泡 性 研 究 。 ＼ 一 、 ⋯ T＆ 7 『L 提要：本文通过测定十二烷基磺酸钠及其复配体系溶液的起泡性和稳泡性参数 ，对十二烷基 泡沫是以气体为不连续相，液体为连续 相的分散体系。表面活性剂溶液具有良好的 起泡性能。溶液的起泡性能主要是指起泡能 力和泡沫的稳定性。前者指一定条件下生成 泡沫的难易程度，即产生泡沫的量，后者则是 指泡沫生成后的持久性，即泡沫的“寿命”长 短。泡沫以其独特的性能被广泛地应用于灭 火、浮选和石油及天然气的开采中 十二烷基磺酸铺(简称 AS)是一种即不 太亲油叉不十分亲水的用作乳化剂和发泡剂 的阳离子表面活性剂，当前它广泛地应用于 三次采油胶束及徽乳液驱油段塞中。近几十 年来，对它及其复配体系的性质及其相互作 用机理的研究非常活跃 [1 12：，但是对这类体 系的起泡性的系统研究较少。为开发 AS及 其复配体系的应用，本文通过测定 AS及其 复配体系的起泡性和稳定性参数，以研究 AS 溶液的起泡性与其浓度，不同添加剂及其加 量的关系，进而讨论各组分相互作用的机理。 甲基溴化铵(简称 CTAB)，分析纯(中国医药 公司北京采购供应站)；氯化铺(NaCI)分析 纯(青 岛四方区化学试剂厂)。在 600"C F灼 烧 5h；二次蒸馏水 ：将 市售蒸馏水 用高锰酸 钾(KMn04)处理后二次蒸馏 。 1．2 仪器与方法 1 2．1 起泡特性的测定I用气流法 测定， 在 起泡 管 中加 入 5ml试 液，待 温 度恒 定 (35℃ )后通人氮气(N2)，测定生成 15mL泡 沫的进气时间 t，以生成 泡沫体积与进气体 积之比 R 作为溶液的起泡性参数，R 按下 式计算 ： Rv= 15 式中：s为气体流速(ml／S)，再测定所生成 t (为泡沫稳定性参数)—— 泡沫高度降至起 始泡沫高度一半的时间 1 2 2 表面张力的测定：用滴体积法0 测 定溶液的表面张力 曲线，自曲线的转折点确 定表面活性剂的临界胶 团浓度(cmc)和 cmc 时的表面张力( ⋯ )。 1．实验部分 2 结果与讨论 1 1 试剂 ：AS化学纯(浙江奉化助剂厂)，在 无水乙醇中重结晶两次，测其水溶液的表面 2 1 AS及复配体系的起泡性 张力与浓度曲线不出现极小点；十六烷基三 由图 1可以看出：As溶液的起泡性随浓 7 维普资讯 http://www.cqvip.com 度的 增大而迅 速上 升。 当浓度 达到 C = 2．14×100mol·dm0时，溶液的起泡性趋于 稳定，此时 Rv：0 95 根据图 2 e>cmc (cmc=8．20×10 tool·dm )说明在 cmc以 下，溶液 的起泡性很弱，溶液浓度 在 Cl'D_c以 上起泡性才增强，当达到 cs时达到最好的起 泡性 可见，溶液的最大起泡能力来自饱和 J 0 0．8 ) 0 6 O．4 — 2 0 一l 8 一 1．6 — 1 4 kgc 图 l AS溶液的起渔性参数(Rv)曲线 曼 ● Z = 卜 图2 AS溶液的表面张力一浓度曲线 吸附层。 若在 AS溶液中，比如在浓度为l×10 molAS溶液中分别加入 NaCI或 CTAB，其 Rv变化如图 3所示。可以看出，混合体系的 R 随NaCI浓度的增加而提高，当NaCI的浓 度增至 1．0×10 mol·am0时，Rv趋于稳定 (0．96以上)，比同浓度纯 AS溶液的 R 增 加了，0 96～0 58=0 38．(由图 1可知，浓度 为 1×100tool·dm 的 AS溶液 的 Rv为 0．58)。其原因是：强电解质 NaC1的加入可 以压缩 AS溶液表面及胶团周围的扩散双 电 层，因而减弱吸附层和胶团中表面活性离子 之闻的电性斥力，使其排列得更为紧密，从而 使表面吸附增加，引起起泡能力增强。当达 1 2 3 4 5 C·10一’ 图 3 NaCI和 GAB对 AS溶液 Rv的影响 02AS+NaCI ·：AS十CTAB x：AS+NaC]十CTAB(AS的浓度固 定为 1×10一 mol·dm一 ) 饱和吸附时 R 不再改变。 若在浓度为 1×10 tool·dm0的AS溶 液中加入CTAB，混合体系的R 比纯 AS溶 液的 Rv显著提高，比如在 As溶液中加入 5 ×10 tool·dm 的 CTAB时，Rv值增大到 0 95。但随着 CTAB的增加，R 逐渐下降， 当 CTAB浓度达 l×10 tool·dm 时，混合 体系的 R 趋于稳定。为 0．89。这是 因为 AS与 CTAB在水溶液 中由于正、负离子之 间强烈的静电吸引作用，使得吸附层表面分 子排列比单一组分紧密。而当 CTAB增加 时，由于加入的阳离子反过来会加速胶团的 维普资讯 http://www.cqvip.com 聚沉作用 ，使体系的起泡能力降低。 若在 AS为 1×10 mol·dm 和 C'TAB 为 1×100mol·dm0的复配体系中加入 Na— a，三元体系的 R 介于上述两复配体系的 中间，但 NaC1的加量，对 R 影响不显著。 这可能是因为决定起泡性能的主要原因是暴 露于最外表面的基团性质。因此，NaCI的加 入影响了暴露于最外表面的 CTAE的排列， 使其更为紧密，所以体系的起泡性能略有增 加，NaCI加量影响不显著。 2．2 As及其复配体系的泡沫稳定性 图 4表明：随着浓度的增加，其半衰期逐 步升高，并趋于一稳定值，此时浓度为 = 2．2×10 mol·dm0很接近 。这是因为 溶液的起泡性是由以下四个因素决定的，(1) 液膜的排液性；(2)气体透过膜的扩散速度 ； (3)表面粘度；(4)双 电层厚度。在这种纯组 分体系中，随着溶液浓度的增加，气泡表面吸 附增加，导致面膜的致密性及强度提高，泡膜 内藏体流失速度变慢，气体透过性降低，延长 了泡沫的“寿命”。 l00 80 60 40 2o O 一 2 0 —1．8 —1 6 —1 4 logo 图 4 As溶液泡沫的稳定性 ( H)曲线 若在 AS溶液 中加入 NaC1或 CTAB，复 配体系的T 比纯 AS溶液的 有显著提高， 见图5。且随 NaCI或 CTAB浓度的增加而 增加，逐渐 趋于稳 定。这显然是 因为 NaC1 加入影响了双 电层结构，使吸附的表面活性 剂分 子 头 基 间斥 力 降 低，疏 水 基 密 度增 加 ，表面膜强度提高，泡沫 内液体流失速 度变慢，气体透过性降低，延长了泡沫的寿 命。而 CTAB的加入，由于 AS与 CTAB的 静电吸引增大界面膜的致密姓，故稳泡性增 加。 从 图 5还 可 以看 出，NaCI对 AS与 CTAB复配体系稳泡性∞影响：泡沫稳定性 随 NaCI的加量增加先逐渐增大，浓度超过 1 ×10 mol·dm 后又逐渐减小，这是 由于当 NaCI浓度过大时，会减弱泡膜内两侧吸附电 荷产生的斥力，使液膜化速度加快，泡沫易破 1611 l20 80 40 L 2 3 4 5 C·lO一 5 NaCI和 CTAB对 AS溶液泡沫稳定性影响 ·：AS+NaC1 0：AS+CTAB x：AS+Naa +CTAB 裂。 由 以上 讨 论 可 以看 出：浓 度、NaC1、 CTAB对 AS溶液 的起泡性能有显著影响， 复配体系的起泡性和稳泡性都优于单一组分 体系。这些结论对AS的应用是有重要意义 的。 (下转第 34页) I9 维普资讯 http://www.cqvip.com 抑泡性能就好，否则就不好，一般说来，表面 活性 降低表面张力大小的能力对抑泡性能 影响较大，表面活性剂 w 的产品的抑泡性优 于表i面活性剂 E的产品的抑泡性，这主要是 两砷 i活剂的本身的降低界面张力的能力不 同造成的。另外，表面活性剂 W 本身有一定 的抑泡能力，而表面活性 E本身具有一定的 发泡力。 2，4 其它组分对产品性能的影响 ()碱性助剂：可以看出碱的用量达一定 值时．所得的消泡性能会有很大的改善，而低 于该位时，消泡性能不显著。 @防凝胶剂 ：它主要是增加体 系的稳定 陛，防止产品分层，并可减小体系粘度，防凝 胶本步也有一定的消泡性。 ③实验温度，搅拌速度的影响：反应温度 不能太高，温度太高，体系能量较高，易使分 散相，液滴 自动聚集 、结晶，从而降低乳液质 量，因此必须强制冷却，快速降温，否则产品 易出现分层，影响消泡性能。另外，搅拌应控 制好，§则也易出现分层。实践，开始在 油相时，以低速搅拌为宜，以免有机分散物 质，表面活性剂等飞溅，在空气中骤然冷却凝 固时着于容器壁 ，当油相加入水相后．以高 速度为宜，然后随着温度的降低以中速为好。 此时速度过快，加速了分教介质的有效碰撞， 使颗粒增大，从而影响成品质量 反应停止 后．也应采取快速冷却，使产品更稳定。 2 5 乳液的稳定性 将制得的原乳状液用水稀释成 1％，0 5％和 0．05％的浓度，然后在一定温度 下静 置 30d和 60d观察，结果发现没有分层、凝 聚、沉积现象，乳状液很稳定，消泡作用并无 下降，这说明形成微乳液后，可以用任意冷水 稀释而不影响乳状液的稳定性，这在理论上 和实用上都有一定意义。 本实验微乳液消泡剂的制备是采用常压 逆转法，在乳化过程中，有机分散物质开始以 连续相存在，水为分散相，形成油包水型乳状 液，加入一定量水后，有机分散物质转换为分 散相，使油包水型乳状液转变成水包油型乳 状液 。 通过综合评定，考虑原料来源，价格问 题，选定 AE4，A3，A6，为正式产品，命 名为 JLX一1消泡剂，该消泡剂乳液稳定，无三废和 副作用，是一种有待开发的产品。 参 考 文 献 1 P R G~rett Defc~ming，New york(1993】 2 】 C Cd n Foam 柚dEraulsi~ Comrol grits andPro一 ． New york(1981) 3 M R Porter， Hand．hook ac ncs． New york (1991) (上接 第19页) 参考文献 1 石成持等，山东化工，1987．(4)：28 2 曾利存等．高等学校化学学报．1987，(4)：393 3 车干佐等 袖田化学．1987，(1)：25 4 镣桂英等 油田化学，1990．(2)：191 5 魏西莲等．表面活性剂工业，1990，(2)：22 6 棘桂英等 中国化学台第五届肢体与界面化学学术研讨 会论文摘要集(1991) 7 李干性等．化学物理学报，1991，(4)296，1992．(2)148 榆桂英等．日用化学工业，1991，(6)：1 榆桂英等，材理化学学报．1992，(3)：352 李干佐等，科学通报．1993，(22)：2042 石成法等，表面活性剂工业，1992，(4)：38 Chengla SHI PROCEEDINGS OF 347H IUPAC CONGRESS I1993) 朱陟瑶等 精细化工．1993，(5)：1 赵国玺等 化学通报，1981，(6)341 陈采宝．日甩化学工业，1987．(6)：4 赵晓表．钻井藏与定井液，1992．(1)：7 加 n n ” ¨ =2 维普资讯 http://www.cqvip.com