不同碳鏈α-烯基磺酸鈉性能研究

余水兵 許祖國 李應(yīng)鋒 鄭攀東 葉承忠 陳偉鑫

1. 中輕化工紹興有限公司，浙江紹興，312369；

2. 中輕化工股份有限公司，浙江杭州，311215

1 引言

α-烯基磺酸鈉（AOS）是以α-烯烴為原料，經(jīng)SO3磺化、中和、水解得到的一類陰離子表面活性劑，屬于第三大類SO3磺化類表面活性劑[1]。AOS具有優(yōu)良的發(fā)泡性和抗硬水能力，對皮膚溫和、毒性低、易生物降解，在民用洗滌、混凝土添加劑、油田開采等方面均有廣泛應(yīng)用[2-5]。

目前市場上的AOS碳鏈通常為C14和C16混合物，而對于不同碳鏈AOS缺乏系統(tǒng)的研究。本研究通過測定不同碳鏈的AOS的Krafft點、平衡表面張力、潤濕、泡沫和乳化性能，對它們進行了構(gòu)效關(guān)系研究，以期為實際應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

C14AOS、C16AOS、C18AOS，自制（粉狀），活性物含量分別為98.5%、98.1%、97.9%；液體石蠟、氯化鈉和氫氧化鈉，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；乙二醇，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

儀器：K12型表面張力儀，德國Krüss公司；低溫恒溫槽，江蘇天翎儀器有限公司。

2.2 性能測試

2.2.1 Krafft點的測定

配制活性物濃度為10 g/L的AOS水溶液，轉(zhuǎn)移至比色管中，在冰箱中冷凍（-18 ℃），然后取出放入低溫恒溫槽中以1 ℃/10 min速度升溫，起始升溫溫度為-5 ℃，記錄溶液由渾濁變澄清的溫度。若待測液冰水混合物澄清，則記Kraあt點＜0 ℃。

2.2.2 平衡表面張力的測定

去離子水配制一定活性物濃度的AOS水溶液，室溫靜置24 h，用K12型表面張力儀測定表面張力，測試溫度為25.0 ℃±0.1 ℃。

2.2.3 潤濕性的測定

參照國標(biāo)GB/T 11983－2008《表面活性劑 潤濕力的測定 浸沒法》進行測試。去離子水配制活性物濃度為1 g/L的AOS水溶液，25 ℃±1 ℃下測定。每個樣品重復(fù)測試10次，取平均值作為潤濕力。

2.2.4 泡沫性能的測定

去離子水配制活性物濃度為1 g/L的AOS水溶液，移取50 ml AOS水溶液于500 ml具塞量筒中，劇烈振蕩50次，然后記錄泡沫體積隨時間的變化，25 ℃±1 ℃下測定。

2.2.5 乳化力的測定

去離子水配制活性物濃度為1 g/L的AOS水溶液，移取40 ml AOS水溶液于100 ml具塞量筒中，然后加入40 ml液體石蠟，上下劇烈振蕩5次，靜置1 min，重復(fù)5次，記錄乳液析出10 ml水相所需時間，25 ℃±1 ℃下測定。重復(fù)上述操作測試3次，取算數(shù)平均值。

3 結(jié)果與討論

3.1 Krafft點

Krafft點是離子型表面活性劑的特征值，反映出表面活性劑在實際應(yīng)用中的溫度下限，實際使用溫度高于Krafft點，表面活性劑才能發(fā)揮更大的作用。不同碳鏈AOS的Krafft點如表1所示?？梢钥闯觯珻18AOS的Krafft點高于C14AOS和C16AOS，這是由于C18AOS疏水碳鏈長，水溶性低于C14AOS和C16AOS。

表1 AOS水溶液的Kraあt點

3.2 平衡表面張力

臨界膠束濃度（cmc）是表面活性劑溶液中開始大量形成膠束的濃度，可作為表面活性強弱的一種量度[6]。cmc越小，即形成膠束所需濃度越小，起到潤濕、乳化等作用所需的濃度也越低。通常將cmc和臨界膠束濃度時的表面張力γcmc作為表征表面活性劑活性的特征參數(shù)。

圖1給出了不同碳鏈AOS水溶液表面張力隨濃度的變化，以表面張力γ 對AOS濃度作圖，得出cmc和γcmc，結(jié)果列于表2。

由表2看出：隨著AOS疏水碳鏈的增長，cmc減小，這是由于碳鏈增長導(dǎo)致表面活性劑分子間疏水作用增強，有利于膠束的形成；γcmc無顯著差異。

圖1 AOS水溶液的表面張力

表2 AOS的表面活性參數(shù)

3.3 潤濕性

潤濕是指固體表面上的一種流體被另外一種與之不相溶的流體所替代的過程，該過程的實質(zhì)是界面組成和界面能量的變化。表面活性劑在界面進行吸附，具有降低界面張力和界面自由能的能力，即具有促進潤濕過程發(fā)生的作用。在紡織行業(yè)，潤濕速度是評判表面活性劑溶液潤濕性能的一個重要指標(biāo),潤濕時間越短，說明潤濕性越好。不同碳鏈的濃度為1 g/L的AOS水溶液的潤濕時間如表3所示。

表3 AOS潤濕時間

從表3中可以看出，隨著AOS碳鏈長度的增加，潤濕時間增長，這是由于表面活性劑分子鏈增長，分子擴散速度變慢，且在界面吸附時空間位阻增大，需要采取一定的構(gòu)象才能在界面進行吸附。

3.4 泡沫性能

泡沫是一種氣體分散于液體中的分散體系，在礦物浮選、驅(qū)油、滅火等領(lǐng)域均具有特殊的用途[7-9]。起泡能力和泡沫穩(wěn)定性是泡沫在實際應(yīng)用中的兩個重要性質(zhì)。起泡能力是指起泡的難易程度，常以生成的泡沫體積表示；泡沫穩(wěn)定性是指泡沫的持久性，常以泡沫半衰期或泡沫體積隨時間變化來表示，這里定義5 min與0.5 min時的泡沫體積之比V5min/V0.5min為泡沫穩(wěn)定性。

圖3給出了不同碳鏈的AOS的泡沫體積隨時間的變化，從中可以看出，C18AOS泡沫體積明顯低于C14AOS和C16AOS，這可能時由于C18AOS碳鏈長，在新形成的氣/液界面吸附時空間位阻大，從而導(dǎo)致吸附速度慢，不利于泡沫的形成。

圖3 AOS泡沫體積隨時間的變化

表4 AOS泡沫穩(wěn)定性

表4 給出了A O S 泡沫穩(wěn)定性，從中可以看出，隨著AOS碳鏈長度的增加，泡沫穩(wěn)定性呈降低趨勢，C18AOS泡沫穩(wěn)定性明顯低于C14AOS和C16AOS，這是由于C18AOS疏水碳鏈長，在氣/液界面排列時疏松，形成的液膜強度弱，不利于泡沫的穩(wěn)定。

3.5 乳化性能

乳狀液為一種液體分散于另一種與之不相互溶的液體中形成的多相分散體系，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，可以通過乳液分層時間來表示。表5給出了不同碳鏈的AOS溶液與液體石蠟形成的乳液分水10 ml所需時間?？梢钥闯?，C14AOS和C16AOS無顯著差異，而C18AOS乳液穩(wěn)定性高于C14AOS和C16AOS，這是由于C18AOS碳鏈長，與液體石蠟間作用力強，有利于乳液的穩(wěn)定。

表5 AOS乳化能力

4 結(jié)論

對不同碳鏈AOS進行了性能研究，主要結(jié)論如下：隨著碳鏈的增長，Krafft點升高，cmc降低，cmc時的表面張力無顯著差異，潤濕時間增長；C14AOS、C16AOS泡沫性能無顯著差異，均高于C18AOS；C14AOS、C16AOS的乳液穩(wěn)定性無顯著差異，均低于C18AOS。