陰—非離子型表面活性劑的研究進展

胡冬慧+陳佳明+艾林+李楊+韓凱悅

摘 要：陰-非離子型表面活性劑是一類新型表面活性劑，其結構特點在于其是由兩種親水基團構成，具有非離子型、陰離子型表面活性劑的雙重表面化學性能。總結近年來針對陰-非離子型表面活性劑的研究內(nèi)容，為進一步的研究提供前期基礎。

關鍵詞：陰-非離子型；表面活性劑；應用研究

中圖分類號：O647.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0023-02

鑒于社會應用的日益廣泛，表面活性劑的種類也在不斷增加，其中陰-非離子型表面活性劑因為其擁有優(yōu)異的表面性能從而吸引了大量研究者們的目光。按照結構特點陰-非離子型表面活性劑大致可劃分為兩種：陰-非離子型（單鏈）表面活性劑和陰-非離子型Gemini（雙鏈）表面活性劑。按照其內(nèi)部結構中的陰離子結構進行分類，可分為硫酸鹽類、羧酸鹽類、磺酸鹽類等。陰-非離子型表面活性劑在高溫、高鹽的環(huán)境下仍保持優(yōu)良的性能而外界條件影響較小，對于提高能源石油三次開采的采油率起著重要的作用。近年來，陰-非離子型表面活性劑的種類研究日益廣泛。

1 陰-非離子型（單鏈）表面活性劑

1.1 硫酸鹽類

硫酸鹽類表面活性劑是由聚氧乙烯脂肪醇醚與硫酸通過酯化反應與中和反應生成的。通過硫化反應后，將陰離子官能團引入非離子表面活性劑中，可以提升表面活性劑的表面活性。張彬等[1]合成了二聚壬基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉（GNPES），采用穩(wěn)態(tài)熒光探針法測定了GNPES的臨界膠束濃度（CMC值）和膠束聚集數(shù)。與非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚（NPES）相比，由于結構中含有離子結構，GNPES的CMC值降低了近一個數(shù)量級，從而具有更好的表面活性。

游慧等[2]選取十二醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）和十二烷基硫酸鈉（SDS），通過介觀動力學模擬方法研究了二者性質差異和二者的相互作用。實驗說明了氧乙烯基團的導入增強了AES的親水性，CMC值增大，聚集數(shù)減小。通過考察AES/苯和AES/正辛醇體系的密度切片圖可知，實驗選用的油污的分子構型的不同，AES具有不同的增溶方式。

代士郁[3]配制了不同礦化度的水溶液，考察了陰-非離子型表面活性劑SH對原油的乳化性能的差別。溫度在85℃、礦化度為27.7×104mg/L時，與原油能快速乳化-破乳；在SH濃度在1000mg/L～10000mg/L范圍內(nèi)，乳狀液的類型開始由水包油向油包水型轉變，最終全轉變?yōu)橛桶停籗H形成的乳狀液粒徑大，有一定的封堵高滲層調剖作用，在高溫高鹽油藏有較好的適用性。

1.2 羧酸鹽類

張恒和魏秋紅[4]運用密度泛函理論（DFT）的B3LYP方法，對正辛醇聚氧乙烯醚羧酸鹽的幾何構型進行了優(yōu)化，最終確定穩(wěn)定的分子構型。并采用Material Studio軟件對分子結構中的組成進行了理論計算。計算了該分子的HOMO和LUMO，確定了在表面活性劑分子結構上，其他離子與表面活性劑相互作用的位置。通過理論計算與實驗兩者間的相互融合，更好地探究了陽離子與其的相互作用，具有十分重要的價值。

祝仰文等[5]運用氣流法探究了十二烷基醇聚氧乙烯醚羧酸鈉（C12E3C）水溶液的起泡能力和添加劑對其泡沫性能的影響。當C12E3C濃度達到CMC值時，起泡能力達到最好。添加劑包括電解質和聚合物等，電解質的加入明顯降低了C12E3C的泡沫穩(wěn)定性，起泡能力則是先增強后減弱。由于聚合物具有高黏度，當加入聚合物Mo-4000時，溶液排泡半衰期延長，泡沫穩(wěn)定性增強。

1.3 磺酸鹽類

李雪[6]通過醚化合成了脂肪醇（烷基酚）聚氧乙烯醚磺酸鹽。該表面活性劑具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，具有高溫水解性能。聚氧乙烯鏈聚合度也是表面活性劑性能的重要影響因素。當聚氧乙烯鏈聚合度增大時，溶解性增強，表面張力增大（表面活性降低），未經(jīng)純化的產(chǎn)品濁點增高，而對臨界膠束濃度無影響。

王彤等[7]探究了磺酸鹽陰-非離子型表面活性劑的乳化性能、抗溫耐鹽性以及表面張力等性能。實驗證明表現(xiàn)在表面張力低，臨界膠束濃度小，乳化效果好，耐溫、耐鹽性能強。在當今的采油環(huán)境中其充分發(fā)揮了它的表面性能。Liu[8]等也合成一類磺酸鹽類陰-非離子型表面活性劑，經(jīng)研究也得出了相同的結論，因其分子中的硫原子直接與碳原子相連，從而具有更好的化學穩(wěn)定性。

2 陰-非離子型Gemini（雙鏈）表面活性劑

2.1 磺酸鹽Gemini表面活性劑

劉新亮等[9]以馬來酸酐、AEO-3、乙二醇和亞硫酸氫鈉為原料合成了陰-非離子型Gemini表面活性劑（EGEOS-3），并且通過Waring Blender法對EGEOS-3的泡沫性能進一步探究。與LAS、SDS和AOS相比，起泡能力和泡沫穩(wěn)定性均略低于LAS和SDS，高于AOS。在較低的濃度范圍內(nèi)和在無機鹽的存在下，EGEOS-3都具有較好的起泡能力，但無機鹽存在時，泡沫穩(wěn)定性則較差。

欒和鑫[10]同樣采用馬來酸酐、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-n，n=3、5、7）和有機醇為原料合成了系列陰-非離子型Gemini表面活性劑（9種），測定了其泡沫性能。加入無機鹽后，隨著鹽濃度的增加，起泡性能出現(xiàn)了最佳值，確定了最佳鹽濃度，NaCl最佳濃度為2%，CaCl2最佳濃度為1g/L，半衰期也呈現(xiàn)了相同的變化趨勢。起泡性能的最佳溫度為50℃，不同種類的醇所對應的最佳濃度不同，乙醇為4mL/100mL，異丙醇為3mL/100mL，正丁醇為 1mL/100mL。

陳紅等[11]在微波條件下合成探究了乙二酰胺十二醇聚氧乙烯（12）酯磺酸鈉。對其針對廢舊報紙的脫墨效果進行了研究，確定了最佳脫墨條件。乙二酰胺十二醇聚氧乙烯（12）酯磺酸鈉的脫墨漿得率為85.5%，高于AES、Tween60、OP-10等。

2.2 羧酸鹽Gemini表面活性劑endprint

王俊等[12]合成出兩種飽和腰果酚Gemini聚氧乙烯醚羧酸鈉（GSCPEC-n，n=8，10）。采用滴體積法考察了GSCPEC-n的性能，由于GSCPEC-n（n=8，10）中EO基團增加，水溶液中GSCPEC-n的CMC值較單鏈的低，吸附量增加，易于膠團的形成。

沈之芹[13]合成了一系列羧酸鹽類陰-非離子型Gemini表面活性劑，對它的性能進行了大量的實驗研究。測定了系列表面活性劑的表面活性，表現(xiàn)出了Gemini表面活性劑的CMC值較單鏈表面活性劑低近2～3個數(shù)量級。在高礦化度、高鈣鎂條件下，其油水體系的界面張力可降低到10-3～10-4mN/m，具有優(yōu)良的耐溫抗鹽性能表面活性，2000mg/L的表面活性劑與1500mg/L聚合物配伍后，其界面張力仍可保持在10-3mN/m，配伍性能良好，具有三次采用先導試驗應用的前景。

參考文獻：

[1]張彬，黎鋼，楊芳，等.穩(wěn)態(tài)熒光探針法研究二聚壬基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉的表面行為[J].影像科學與光化學，2009，27（4）：12-15.

[2]游慧，趙波，王正武.水溶液中表面活性劑月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉性能的介觀模擬[J].物理化學學報，2009，25（1）：67-73.

[3]代士郁.耐溫抗鹽陰-非離子表面活性劑SH乳化性能研究[J].石油天然氣學報，2016，36（4）：67-69.

[4]張恒，魏秋紅，苑世領.陰-非離子表面活性劑的結構性質[J].齊魯工業(yè)大學學報，2015，29（1）：34-37.

[5]祝仰文，張磊，王曉春，等.十二烷基醇聚氧乙烯醚羧酸鈉及其復配體系的泡沫性能[J].日用化學工業(yè)，2010，40（6）：393-397.

[6]李雪.脂肪醇（烷基酚）聚氧乙烯醚磺酸鹽的合成及性能研究[D].青島：青島科技大學，2014.

[7]王彤，丁偉，孫麗媛.脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽的合成及性能研究[J].能源化工，2015，36（5）：27-34.

[8]Liu Z，Peng F，Liu X.Synthesis and Interfacial Activity of Alky Polyoxypropylene Sulfonate for Chemical Combination Flooding[J].Advanced Materials Research， 2012，550-553：3-9.

[9]劉新亮，李澤勤，林琳，等.陰-非離子型雙子表面活性劑（EGEOS-3）的二氧化碳泡沫性能研究[J].中國石油大學勝利學院學報，2015，29（2）：47-52.

[10]欒和鑫.陰-非離子型Gemini表面活性劑合成及性能研究[D].大慶：東北石油大學，2013.

[11]陳紅，朱寶偉，張丹，等.陰-非雙子表面活性劑用于中性脫墨研究[J].日用化學工業(yè)，2015，45（12）：67-72.

[12]王俊，張濤，李翠琴，等.飽和腰果酚陰-非離子型Gemini表面活性劑的合成與表面活性[J].化工進展，2014，33（7）：1871-1874.

[13]沈之芹，李應成，翟曉東，等.羧酸鹽Gemini表面活性劑合成及性能[J].化學世界，2012，5：111-114.endprint