新型孪连表面活性剂的特性及其表界面活性研究.pdf

新型孪连表面活性剂的特性及其表／界面活性研究 谭中良1 韩冬2 (1中国石化石油勘探开发研究院；2中国石油勘探开发研究院) 摘要孪连表面活性剂与传统表面活性剂相比，有很高的表面活性，很小的crac值；很低 的K枷＆点和很好的水溶性；更强的协同效应；良好的钙皂分散性能。本文合成丁疏水链长度不 同和连接基长度不同的7种系列阴离子孪连表面活性剂，研究了它们的表／界面活性。它们的表 面张力和临界胶束浓度表明它们有很好的表面活性。它们的研w都在10～一10“mol／L之间，表 面张力在26，5—34raNIm之间。它们有非常好的抗一价、二债盐的能力，能耐加％以上的Naa。 用高矿化度的中原油田盐水配制的活性荆溶液与原油间的界面张力能达到超低，表明它们可应用 于特高矿化度油藏提高采收率。 虽然早在加世纪70年代初第一个孪连表面活性剂就已面世，但直到20世纪90年 的孪连表面活性剂的研究文章，广泛掀起了开发研究李连表面活性荆的热潮““】，但在国内 对孪连表面活性剂的研究还只是刚刚起步，特别是研究阴离子孪连表面活性剂的文章更 少‘5圳。 本文用系列长链环氧烷与不同短链二醇为起始原料合成了疏水链长度不同和连接基长度 不同的7种系列磺酸盐型阴离子挛连表面活性荆，核磁共振氢谱及红外光谱的结构分析证实 了它们的结构。研究表明它们有很好的表t界面活性，具有优异的抗盐能力，可应用于特高 矿化度油藏提高原油采收率。 一、孪连表面活性剂的性质 传统的单头基单烷烃链表面活性荆由于离子头同的电荷斥力或水化引起的分离倾向，使 得它们在界面或分子聚集体中难以紧密排列，导致若干亚甲基(而不是碳链端基的甲基)占据 了朝向空气一面的部分面积，因cH2基团表面能高于c地基团”。，因此造成表面活性偏低。 在孪连表面活性剂中，两个离子头基是靠联接基团通过化学键而连接的，由此造成了两个表 面活性剂单体离子相当紧密的连接，致使其碳氢链间更容易产生强相互作用，即加强了碳氧 链间的疏水结合力。而且由于联接基团的存在，孪连表面活性剂中亲水基团之间的静电斥力 使它们相互远离的倾向被联接基团所限制，因此孪连表面活性剂在表面、界面上排列更加紧 密，具有很高的活性“o。正是由于孪连表面活性剂的特殊结构，使得它具有以下独特的性 质：①高表面活性、低—c。即使具有相同HEB值，孪连表面活性剂的—c也较传统表面活 性剂小2—3个数量级，表面张力也小许多(表1)。②具有很低的Kraft点和良好的水溶性。 孪连表面活性剂分子中有两个亲水基团，并且联接基团中的醚氧原子也有亲水性．因此孪连 ·368· 表面活性剂具有良好的水溶性，甚至在硬水中水溶性也很好，离子型孪连表面活性剂的 Kratt点一般在0℃以下。另一个主要因素是其分子内的特殊结构使之不易在晶格中堆积。 ③更易聚集生成胶团。并且当联接基团链足够短(2或4)时，孪连表面活性剂总生成比其单 链表面活性剂更低曲率的分子聚集体。如c。：一Q—c。2Br一在1％时即生成巨大的线形胶 团，而其相应的单链c，：TAB在浓度为10％时还是球形胶团；又如c-。一C3一c”2Br形成 了囊泡、双层膜和线形胶团，而相应的单链c。TAB在合适浓度时仅形成长胶团。④独特的 流变特性。常规表面活性剂溶液的粘度和水差不多，但孪连表面活性剂水溶液的粘度随浓度 的增大而迅速增大，粘度可增大6个数量级，尤其是一些短联接基的李连表面活性剂的水溶 2B一的0．1％溶液在45℃时的粘度也达到150mPa·s。⑤对降低水溶液表面张力的能力和效 率上，孪连表面活性剂和普通表面活性别(尤其是非离子表面活性剂)间的复配能产生更大的 协同效应。⑥具有良好的钙皂分散性能。⑦在很多场合是优良的润湿剂。⑧与常规表面活性 剂相比，孪连表面活性剂对水溶性差的表面活性剂有更好的助溶作用。⑨更强的抗菌能 力。 由于孪连表面活性剂的特殊性质，决定了它将在生物、医药、化工、新材料、采油等领 域发挥更好的作用。 裹1孪莲表面活性剂和相应的普通裹面活性剂之间的性质比较 表面活性剂 联接基团Y cmc．m,md／L C∞，moml／L y一，nmml／L (cloS04)2Y一0C屿CH2卜 0013 000l 270 CnlkS04Na