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聯(lián)結(jié)基對(duì)磺酸鹽型雙子表面活性劑界面行為及泡沫穩(wěn)定性的作用機(jī)制（三）
來源：石油學(xué)報(bào)(石油加工) 瀏覽 455 次 發(fā)布時(shí)間:2026-01-21
2.2 D2Cn系列表面活性劑的界面活性
用旋滴法測量了遼河原油分別加入4種D2Cn 水溶液后的油-水界面張力，并與油田常用的表面活性劑PS、AOS作比較，結(jié)果列于表4。表中所列數(shù)據(jù)均是油-水界面張力動(dòng)態(tài)曲線上的最低值。
表4 遼河原油分別加入4種 D2Cn 水溶液后的油-水界面張力
| Surfactant | γ/(mN·m-1) | |||
|---|---|---|---|---|
| 0.1% Surfactant | 0.3% Surfactant | 0.1% Surfactant+0.5% Na2CO3 | 0.3% Surfactant+0.5% Na2CO3 | |
| PS | 0.2071 | 0.2682 | 0.0943 | 0.0773 |
| AOS | 0.3090 | 0.3131 | 0.0971 | 0.1022 |
| D2C2 | 0.1022 | 0.1082 | 0.0571 | 0.0621 |
| D2C4 | 0.1822 | 0.1423 | 0.1032 | 0.0811 |
| D2C6 | 0.1533 | 0.1792 | 0.0841 | 0.1352 |
| D2C8 | 0.1151 | 0.1642 | 0.0332 | 0.0451 |
由表4可以看出，遼河原油加入D2Cn水溶液后的油-水界面張力均低于加入油田常用表面活性劑PS、AOS的，表明D2C系列的界面活性高。在實(shí)驗(yàn)采用的4種雙子表面活性劑及4種不同用量中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、加堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的D2C界面活性最高。
由表4還可知聯(lián)結(jié)基對(duì)D2Cn系列界面活性影響的趨勢，即隨著聯(lián)結(jié)基團(tuán)長度的增加，體系油-水界面張力先增加后降低。這是因?yàn)楫?dāng)其聯(lián)結(jié)基團(tuán)較短時(shí)(如D2C2，D2C4)，長度小于斥力所造成的2個(gè)離子頭基間的平衡距離，聯(lián)接基團(tuán)鏈被完全拉直，其空間位阻隨基團(tuán)長度增加而增大，表面活性劑分子在油-水界面排列比較疏松，因此界面活性降低;當(dāng)其聯(lián)結(jié)基團(tuán)長度較長時(shí)(如D2C6，D2C8)，長度大于2個(gè)離子頭基間的平衡距離，聯(lián)接基團(tuán)將卷曲，柔性增強(qiáng)，表面活性劑分子在油-水界面的排列更緊密，降低界面張力的能力增強(qiáng)
2.3 D2Cn系列表面活性劑的泡沫性能
常溫下4種D2Cn 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的水溶液的初始起泡體積與泡沫半衰期列于表5。
表5 D2C系列水溶液的初始起泡體積(V0)與泡沫半衰期(t1/2)
| Surfactant | V0/mL | t1/2/s |
|---|---|---|
| SDBS | 390 | 90 |
| SDS | 900 | 421 |
| D2C2 | 1070 | 453 |
| D2C4 | 1060 | 483 |
| D2C6 | 980 | 381 |
| D2C8 | 920 | 306 |
一般來說，當(dāng)表面活性劑分子中的非極性基為芳香基時(shí)，由于其分子形狀的不規(guī)則，如果不摻加穩(wěn)泡劑，則起泡小，穩(wěn)泡性差。但由表5可知，D2Cn系列表面活性劑分子中雖然帶有芳香基，但起泡性能及泡沫穩(wěn)定性卻大大提高，這主要是因?yàn)镈2Cn系列的疏水基為仲辛基，支化度較高，表面活性大，容易起泡的緣故。
由表5可知，聯(lián)接基長度對(duì)支鏈?zhǔn)杷溞碗p子表面活性劑泡沫半衰期的影響趨勢與文獻(xiàn)報(bào)道的直鏈?zhǔn)杷溞碗p子表面活性劑的有所不同。隨著聯(lián)結(jié)基中亞甲基數(shù)目的增多，初始起泡體積降低，泡沫半衰期先增加后降低。這主要是因?yàn)楸砻婊钚詣┑钠鹋菽芰εc其表面張力密切相關(guān)，故初始起泡體積與表面張力的變化趨勢一致，隨著聯(lián)結(jié)基的增長而降低;泡沫的穩(wěn)定性則取決于液膜的強(qiáng)度及液膜的排液速率，當(dāng)其聯(lián)結(jié)基團(tuán)較短時(shí)(如D2C2、D2C4)，聯(lián)結(jié)基長度的增加有利于離子頭基間的靜電斥力減少，聯(lián)接基團(tuán)的柔順性增加，表面活性劑分子在氣-液界面的排列更緊密，液膜強(qiáng)度增大。當(dāng)聯(lián)結(jié)基長度繼續(xù)增加時(shí)(如D2C6，D2C8)，疏水鏈本身為高度支化的碳鏈，整個(gè)分子的空間位阻成為影響分子在界面排列的主要因素，分子排列疏松，液膜強(qiáng)度下降，泡沫穩(wěn)定性降低。
溫度會(huì)影響表面活性劑溶液的初始起泡體積和泡沫半衰期。不同溫度下D2C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的水溶液的初始起泡體積和泡沫半衰期隨溫度的變化分別見圖1、圖2。
圖1 溫度對(duì) D2Cn 系列水溶液初始起泡體積(V0)的影響
圖2 溫度對(duì)D2C系列水溶液泡沫半衰期(t1/2)的影響
由圖1和圖2可知，隨著溫度的升高，D2C水溶液的初始起泡體積先增加，在60℃達(dá)到最大值后又有所下降，但是上升和下降的幅度不大;隨著溫度的上升，D2C水溶液的泡沫半衰期顯著下降。這是由于在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，液體膨脹，分子間距離增大，表面活性劑分子動(dòng)能增加，易擺脫水的束縛逃逸到水面，表面吸附量增加，起泡能力增強(qiáng)。另外，泡沫在低溫和高溫下的衰變過程不同。低溫時(shí)，主要是氣體擴(kuò)散過程;高溫時(shí)，由于最上面的泡膜上側(cè)總是向上凸的，這種彎曲面有利于蒸發(fā)，溫度越高蒸發(fā)越快，液膜越來越薄，最后自行破滅，因此泡沫破滅由頂端開始。從起泡體積和泡沫半衰期隨溫度的變化曲線來看，D2C系列中D2C2的變化趨勢最為平緩，即抗溫能力最好。
3 結(jié)論
(1)合成了疏水鏈帶支鏈、不同聯(lián)結(jié)基的磺酸鹽型雙子表面活性劑D2C。
(2)與傳統(tǒng)單基表面活性劑相比，D2Cn的CMC降低了1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。D2Cn的γCMC與CMC值均隨其分子中聯(lián)結(jié)基長度的增加而增大。遼河原油加入D2Cn后的油-水界面張力隨D2Cn中聯(lián)結(jié)基長度的增加先增加后降低。
(3) D2Cn 系列雙子表面活性劑具有良好的泡沫性能。隨著D2C的聯(lián)結(jié)基長度的增加，其水溶液初始起泡體積降低，泡沫半衰期先增加后降低，影響趨勢與含直鏈?zhǔn)杷湹碾p子表面活性劑有所不同。 D2Cn 系列表面活性劑在 60°C 時(shí)起泡體積最大，泡沫半衰期隨溫度的升高而顯著降低，D2C2的泡沫耐溫性最好。