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振蕩頻率、濃度、油相、界面張力對陰離子表面活性劑HABS和PS界面模量的影響（二）
來源：《日用化學工業（中英文）》 瀏覽 435 次 發布時間:2025-09-19
2結果與討論
2.1界面張力
當表面活性劑將油/水界面張力降至1 mN/m以下，界面上吸附了大量低分子量的表面活性劑，其在界面與體相間的快速擴散-交換過程極大地削弱了界面膜強度；而驅油過程要求界面膜具有一定的強度，以穩定乳化油滴。因此，低張力驅油表面活性劑的界面模量測量至關重要。
不同含量HABS溶液與癸烷的動態界面張力如圖1a所示。可以看出，由于HABS在界面的吸附量隨著吸附時間的延長而增加，HABS溶液的界面張力逐漸降低。當界面吸附達到動態平衡，HABS溶液的界面張力達到穩態值。PS和HABS溶液與正癸烷的穩態界面張力如圖1b所示。明顯地，PS的界面張力比較高。0.1%的PS溶液的界面張力約為1.8 mN/m。相比之下，HABS的界面活性更好。0.1%的HABS溶液能夠將油/水界面張力降低至4.4×10-2 mN/m。
圖1不同含量HABS溶液與癸烷的動態界面張力（a），PS和HABS溶液的穩態界面張力值（b）
不同含量HABS溶液對大慶原油的動態界面張力如圖2a所示。與圖1a類似，HABS在原油-水界面的吸附量隨著吸附時間的延長而增大，當界面吸附達到動態平衡，HABS與原油的動態界面張力達到穩態值。PS和HABS溶液與原油的穩態界面張力如圖2b所示。同樣地，HABS降低界面張力的能力明顯比PS強。0.05%的HABS能夠將原油-水的界面張力降低至3.4×10-2 mN/m。
圖2不同含量HABS溶液與大慶原油的動態界面張力（a），PS和HABS溶液的穩態界面張力值（b）
對于陰離子表面活性劑HABS和PS，決定其降低界面張力能力的關鍵因素是親水親油平衡能力。界面活性強的表面活性劑的親水親油平衡能力可以通過其對不同碳鏈長度的正構烷烴的界面張力掃描來表征。表面活性劑在油相中的分配與油相性質有關，對于正構烷烴系列而言，烷烴碳數越大，表面活性劑越難分配在油相。因此，對某一特定鹽度下、特定濃度的表面活性劑溶液進行正構烷烴系列掃描，會發現界面張力在某一烷烴碳數時達到最低，此正構烷烴碳數定義為表面活性劑的nmin值。如果表面活性劑的親水性強，則最低值出現在低烷烴碳數，nmin值低；如果表面活性劑的親油性強，則最低值出現在高烷烴碳數，nmin值高。對于正構烷烴系列，當nmin值與油相碳數相等時，親水親油平衡能力最佳；而對于原油則相對復雜，需要進行nmin值不同的表面活性劑溶液與某原油的界面張力實驗，出現界面張力最低值的表面活性劑溶液的nmin值，定義為該原油的等效烷烴碳數（EACN）。油相的EACN值與水相的nmin值越接近，親水親油平衡的條件越容易滿足，則界面張力越低。HABS和PS的nmin值分別為10和8，說明HABS在水相和正癸烷之間能夠達到親水親油平衡，而PS則傾向于分配在水相中。因此，HABS與正癸烷間的界面張力明顯低于PS。大慶原油的EACN值為10，表現出與正癸烷類似的界面張力降低趨勢是十分合理的。
2.2界面擴張模量
2.2.1頻率的影響
擾動頻率是流變研究的關鍵參數。通過測定擴張模量隨頻率的變化趨勢，能夠判斷表面活性劑界面吸附膜的黏彈性、揭示界面膜的內在特性。不同含量HABS和PS在正癸烷-水界面的擴張模量隨頻率的變化趨勢如圖3所示。對于HABS和PS的界面吸附膜，擴張模量隨著頻率增大而線性增加，這說明在整個濃度范圍內，控制HABS和PS體系界面膜性質的都是快過程，它們的特征頻率都高于0.1 Hz。當頻率較低時，HABS和PS分子有足夠的時間通過擴散-交換等弛豫過程來修復由擾動帶來的界面張力的變化，因此擴張模量數值較小。當頻率較高時，界面膜形變的速度加快，各種弛豫過程作用的時間較短，HABS和PS分子沒有足夠的時間通過弛豫過程來修復界面膜，擴張模量逐漸變大。
圖3頻率對HABS（a）和PS（b）在癸烷-水界面的擴張模量的影響
通過計算擴張模量-頻率雙對數曲線（lgε-lg f曲線）的斜率值，可以評價界面膜的黏彈特性。一般而言，斜率值越小，擴散交換作用越弱，界面膜的彈性部分在擴張模量中的比例越大。圖4為HABS和PS在正癸烷-水界面的lgε-lg f曲線的斜率。可以看出，HABS和PS的曲線斜率隨著溶液濃度的增加而增加，這符合常規表面活性劑的一般規律。隨著溶液濃度的增加，體相與界面之間的擴散-交換加速，lgε-lg f曲線的斜率增大。重烷基苯磺酸鹽HABS的斜率較高，0.1%的HABS溶液的斜率值為1.15；而石油磺酸鹽PS的斜率相對較低，0.1%的PS溶液的斜率值為0.35。這主要是由于分子尺寸的差異導致的。含稠環結構的石油磺酸鹽PS的分子尺寸較大，而重烷基苯磺酸鹽HABS的分子尺寸較小。相比之下，PS的擴散-交換會慢一些。因此，HABS比PS的斜率高。總體而言，對比已報道的各種表面活性劑，HABS和PS的斜率值較高。例如，十八烷基羧基甜菜堿（18PC）和十八烷基磺基甜菜堿（18PS）在癸烷-水界面上斜率隨濃度變化的最大值分別0.16和0.11。十八烷基羥丙基磺基甜菜堿（ASB）在癸烷-水界面的斜率隨濃度變化的最大值為0.14；十二烷基聚氧異丙基硫酸酯（A145）在癸烷-水界面的斜率隨濃度變化的最大值為0.13。氧乙基脂肪酸甲酯（C18=E3、C18=E5和C18=E10）在煤油-水界面上的斜率最大值為0.12~0.28。3,4-二庚基苯磺酸鈉（C7C7phS）在煤油-水界面上的斜率最大值分別為0.49。這充分說明HABS和PS表現出典型的常規陰離子表面活性劑的特點：分子間以靜電斥力為主，擴散-交換過程主導，界面膜黏性較大。