碳氢和氟碳表面活性剂室内协同性研究

2020-04-12王仙仙何静王成达王涛吴金桥

精细石油化工 2020年2期

王仙仙，何静，王成达，王涛，吴金桥

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)

氟碳表面活性剂具有高表面活性、化学和热稳定性以及憎水憎油性等特点，广泛应用于纺织工业、石油化工等行业[1-5]。碳氢表面活性剂的复配以及碳氢表面活性剂和氟碳表面活性剂的复配可以有效提高碳氢表面活性剂的性能[6-9]，降低表面活性剂的使用成本，已成为日化工业研究的一个热点[10-12]。

笔者研究了氟碳-碳氢表面活性剂复配体系的表面张力及CMC(临界胶束浓度)的变化规律，同时研究了其他因素对复配体系表面张力的影响。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

氟碳(FC)表面活性剂(C8F17SO2N(C2H5)(C2H4O)14H))，工业级，西安204研究所；十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基磺酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)、化学级，国药集团有限责任公司；异丙醇、KCl、NaCl、CaCl2，HCl和NaOH，均为分析级，国药集团有限责任公司。

K100C表面张力仪，德国KRUSS公司；pH-10酸度计，赛多利斯科学仪器有限公司；HH-505超级恒温水浴，上海寰宇科学仪器厂；BSA2245电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1)使用蒸馏水配制不同浓度的表面活性剂溶液，备用。

2)依据《GB/T 22237—2008表面活性剂-表面张力的测定》标准，使用K100C表面张力仪，采用板法测定表面活性剂溶液在室温(25 ℃)下的表面张力。

3)在室温25 ℃下蒸馏水表面张力72.15 mN/m。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂的CMC测定

按照实验方法Hz制备表面活性剂溶液，在室温下，测定FC、CTAB、CTAC、SDS、SDBS和AEO-3表面活性剂的表面张力，确定CMC，结果见表1～6。

表1 ρ(FC)和溶液表面张力关系

表2 ρ(SDBS)和溶液表面张力关系

表3 ρ(CTAB)和溶液表面张力关系

表4 ρ(CTAC)和溶液表面张力关系

表5 ρ(SDS)和溶液表面张力关系

表6 ρ(AEO-3)和溶液表面张力关系

由表1～6可见，不同表面活性剂的临界胶束浓度为: FC为0.056 0 g/L，AEO-3为0.532 2 g/L，SDBS为0.437 6 g/L，CTAB为0.202 0 g/L，CTAC为0.306 7 g/L，SDS为0.320 2 g/L，CMC由小到大顺序为：FC

2.2 表面活性剂协同效应对表面张力的影响

为了更好地提高表面活性剂的性能，降低表面活性剂的应用成本，减轻其对环境的危害[3-4]。在室温下，分别测试不同浓度的碳氢表面活性剂与FC复配后表面张力的变化，实验结果见表7～11。

表7 ρ(CTAB+FC)复配前后溶液表面张力对比

表8 ρ(CTAC+FC)复配前后溶液表面张力对比

表9 ρ(SDS+FC)复配前后溶液表面张力对比

表10 ρ(SDBS+FC)和溶液表面张力关系

表11 ρ(AEO-3+FC)和溶液表面张力关系

由表1可以得出FC质量浓度为0.056 0 g/L时表面张力最低，以此为依据考察不同表面活性剂与FC协同作用。从表7～11可以看出：在FC质量浓度均为0.056 0 g/L时，随着碳氢表面活性剂浓度的增加，复配体系的表面张力逐渐下降然后趋于平衡。当CTAB浓度为0.192 1 g/L时，复配后较复配前下降3 mN/m；当CTAC浓度为0.261 3 g/L时，复配后较复配前下降1 mN/m；当SDS浓度为0.288 2 g/L时，复配后较复配前下降14 mN/m；当SDBS浓度为0.395 6 g/L时，复配后较复配前下降了4 mN/m；当 AEO-3浓度为0.487 9 g/L时，复配后较复配前下降了近1 mN/m。由此可见：氟碳与碳氢表面活性剂复配后，溶液的表面活性相对增强，表面张力明显降低，依次为SDBS>AEO-3>SDS>CTAC>CTAB。

2.3 不同环境因素对复配体系的表面张力影响

依据实验Hz实验结果，按照SDBS的0.395 6 g/L与0.056 0 g/L的FC复配，分别测试pH值、温度、无机盐和溶剂对复配体系表面张力的影响，结果见表12～15。

表12 pH值对FC+SDBS复合体系表面张力影响

表13 温度对FC+SDBS复合体系表面张力影响

表14 ρ(无机盐)对FC+SDBS复合体系表面张力影响

表15 ρ(C3H8O)对FC+SDBS复合体系表面张力影响

从表12～15可以得出：溶液pH值、温度、无机盐和溶剂对复配体系的表面张力均有不同程度影响。由表12可以看出,pH值对复配体系的表面张力影响很大，碱性有利于复配体系的表面张力降低；由表13可以看出，随着溶液的温度升高，加剧活性剂分子运动，使集中在溶液表面的活性物质越多，溶液表面张力降低越大；表14考察不同盐对复配体系表面张力影响，无机盐能够压缩表面活性剂的双电层，减少胶束扩散双电层的厚度，使表面活性剂极性头基上所带的电荷对周围分子的极性头基作用范围减弱，溶液表面活性增强，随着盐浓度的增加，一价盐(K+，Na+)较二价盐对降低溶液表面张力效果显著，这是由于一价盐会导致更多的反离子即进入吸附层而削弱表面活性离子间的电性排斥，使得表面活性剂之间排列更加紧密。表15考察了溶剂对表面张力影响，加入一定量的醇可以加快表面活性剂分子在水溶液中的扩散和在界面的聚集，对降低溶液的表面张力是有益的。