碳?xì)浜头急砻婊钚詣┦覂?nèi)協(xié)同性研究

王仙仙，何靜，王成達(dá)，王濤，吳金橋

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075)

氟碳表面活性劑具有高表面活性、化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及憎水憎油性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)、石油化工等行業(yè)[1-5]。碳?xì)浔砻婊钚詣┑膹?fù)配以及碳?xì)浔砻婊钚詣┖头急砻婊钚詣┑膹?fù)配可以有效提高碳?xì)浔砻婊钚詣┑男阅躘6-9]，降低表面活性劑的使用成本，已成為日化工業(yè)研究的一個(gè)熱點(diǎn)[10-12]。

筆者研究了氟碳-碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配體系的表面張力及CMC(臨界膠束濃度)的變化規(guī)律，同時(shí)研究了其他因素對復(fù)配體系表面張力的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

氟碳(FC)表面活性劑(C8F17SO2N(C2H5)(C2H4O)14H))，工業(yè)級，西安204研究所；十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基磺酸鈉(SDS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)、化學(xué)級，國藥集團(tuán)有限責(zé)任公司；異丙醇、KCl、NaCl、CaCl2，HCl和NaOH，均為分析級，國藥集團(tuán)有限責(zé)任公司。

K100C表面張力儀，德國KRUSS公司；pH-10酸度計(jì)，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；HH-505超級恒溫水浴，上海寰宇科學(xué)儀器廠；BSA2245電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1)使用蒸餾水配制不同濃度的表面活性劑溶液，備用。

2)依據(jù)《GB/T 22237—2008表面活性劑-表面張力的測定》標(biāo)準(zhǔn)，使用K100C表面張力儀，采用板法測定表面活性劑溶液在室溫(25 ℃)下的表面張力。

3)在室溫25 ℃下蒸餾水表面張力72.15 mN/m。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的CMC測定

按照實(shí)驗(yàn)方法Hz制備表面活性劑溶液， 在室溫下，測定FC、CTAB、CTAC、SDS、SDBS和AEO-3表面活性劑的表面張力，確定CMC，結(jié)果見表1～6。

表1 ρ(FC)和溶液表面張力關(guān)系

表2 ρ(SDBS)和溶液表面張力關(guān)系

表3 ρ(CTAB)和溶液表面張力關(guān)系

表4 ρ(CTAC)和溶液表面張力關(guān)系

表5 ρ(SDS)和溶液表面張力關(guān)系

表6 ρ(AEO-3)和溶液表面張力關(guān)系

由表1～6可見，不同表面活性劑的臨界膠束濃度為: FC為0.056 0 g/L，AEO-3為0.532 2 g/L，SDBS為0.437 6 g/L，CTAB為0.202 0 g/L，CTAC為0.306 7 g/L，SDS為0.320 2 g/L，CMC由小到大順序?yàn)椋篎C

2.2 表面活性劑協(xié)同效應(yīng)對表面張力的影響

為了更好地提高表面活性劑的性能，降低表面活性劑的應(yīng)用成本，減輕其對環(huán)境的危害[3-4]。在室溫下，分別測試不同濃度的碳?xì)浔砻婊钚詣┡cFC復(fù)配后表面張力的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7～11。

表7 ρ(CTAB+FC)復(fù)配前后溶液表面張力對比

表8 ρ(CTAC+FC)復(fù)配前后溶液表面張力對比

表9 ρ(SDS+FC)復(fù)配前后溶液表面張力對比

表10 ρ(SDBS+FC)和溶液表面張力關(guān)系

表11 ρ(AEO-3+FC)和溶液表面張力關(guān)系

由表1可以得出FC質(zhì)量濃度為0.056 0 g/L時(shí)表面張力最低，以此為依據(jù)考察不同表面活性劑與FC協(xié)同作用。從表7～11可以看出：在FC質(zhì)量濃度均為0.056 0 g/L時(shí)，隨著碳?xì)浔砻婊钚詣舛鹊脑黾樱瑥?fù)配體系的表面張力逐漸下降然后趨于平衡。當(dāng)CTAB濃度為0.192 1 g/L時(shí)，復(fù)配后較復(fù)配前下降3 mN/m；當(dāng)CTAC濃度為0.261 3 g/L時(shí)，復(fù)配后較復(fù)配前下降1 mN/m；當(dāng)SDS濃度為0.288 2 g/L時(shí)，復(fù)配后較復(fù)配前下降14 mN/m；當(dāng)SDBS濃度為0.395 6 g/L時(shí)，復(fù)配后較復(fù)配前下降了4 mN/m；當(dāng) AEO-3濃度為0.487 9 g/L時(shí)，復(fù)配后較復(fù)配前下降了近1 mN/m。由此可見：氟碳與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配后，溶液的表面活性相對增強(qiáng)，表面張力明顯降低，依次為SDBS>AEO-3>SDS>CTAC>CTAB。

2.3 不同環(huán)境因素對復(fù)配體系的表面張力影響

依據(jù)實(shí)驗(yàn)Hz實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按照SDBS的0.395 6 g/L與0.056 0 g/L的FC復(fù)配，分別測試pH值、溫度、無機(jī)鹽和溶劑對復(fù)配體系表面張力的影響，結(jié)果見表12～15。

表12 pH值對FC+SDBS復(fù)合體系表面張力影響

表13 溫度對FC+SDBS復(fù)合體系表面張力影響

表14 ρ(無機(jī)鹽)對FC+SDBS復(fù)合體系表面張力影響

表15 ρ(C3H8O)對FC+SDBS復(fù)合體系表面張力影響

從表12～15可以得出：溶液pH值、溫度、無機(jī)鹽和溶劑對復(fù)配體系的表面張力均有不同程度影響。由表12可以看出,pH值對復(fù)配體系的表面張力影響很大，堿性有利于復(fù)配體系的表面張力降低；由表13可以看出，隨著溶液的溫度升高，加劇活性劑分子運(yùn)動(dòng)，使集中在溶液表面的活性物質(zhì)越多，溶液表面張力降低越大；表14考察不同鹽對復(fù)配體系表面張力影響，無機(jī)鹽能夠壓縮表面活性劑的雙電層，減少膠束擴(kuò)散雙電層的厚度，使表面活性劑極性頭基上所帶的電荷對周圍分子的極性頭基作用范圍減弱，溶液表面活性增強(qiáng)，隨著鹽濃度的增加，一價(jià)鹽(K+，Na+)較二價(jià)鹽對降低溶液表面張力效果顯著，這是由于一價(jià)鹽會導(dǎo)致更多的反離子即進(jìn)入吸附層而削弱表面活性離子間的電性排斥，使得表面活性劑之間排列更加緊密。表15考察了溶劑對表面張力影響，加入一定量的醇可以加快表面活性劑分子在水溶液中的擴(kuò)散和在界面的聚集，對降低溶液的表面張力是有益的。

3 結(jié) 論

a.碳?xì)浔砻婊钚詣┡c氟碳復(fù)配較常規(guī)碳?xì)浔砻婊钚詣档腿芤旱谋砻鎻埩Ω佑行?。其中FC+SDBS復(fù)配效果最好，復(fù)配后較復(fù)配前下降了8 mN/m。

b.隨著溫度升高，加劇活性劑分子運(yùn)動(dòng)，使集中在溶液表面的活性物質(zhì)越多，溶液表面張力下降，溫度升高前較常溫下表面張力下降了4 mN/m。

c.堿的加入有助于進(jìn)一步降低復(fù)配體系的表面張力，調(diào)節(jié)pH值至11時(shí)表面張力下降了1 mN/m；

d.不同價(jià)態(tài)的無機(jī)鹽對溶液表面活性的影響規(guī)律是Ca2+>K+>Na+。

e.在復(fù)配體系中加入一定量的異丙醇將表面張力下降4 mN/m。