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聯結基對磺酸鹽型雙子表面活性劑界面行為及泡沫穩定性的作用機制（三）
來源：石油學報(石油加工) 瀏覽 215 次 發布時間:2026-01-21
2.2 D2Cn系列表面活性劑的界面活性
用旋滴法測量了遼河原油分別加入4種D2Cn 水溶液后的油-水界面張力，并與油田常用的表面活性劑PS、AOS作比較，結果列于表4。表中所列數據均是油-水界面張力動態曲線上的最低值。
表4 遼河原油分別加入4種 D2Cn 水溶液后的油-水界面張力
| Surfactant | γ/(mN·m-1) | |||
|---|---|---|---|---|
| 0.1% Surfactant | 0.3% Surfactant | 0.1% Surfactant+0.5% Na2CO3 | 0.3% Surfactant+0.5% Na2CO3 | |
| PS | 0.2071 | 0.2682 | 0.0943 | 0.0773 |
| AOS | 0.3090 | 0.3131 | 0.0971 | 0.1022 |
| D2C2 | 0.1022 | 0.1082 | 0.0571 | 0.0621 |
| D2C4 | 0.1822 | 0.1423 | 0.1032 | 0.0811 |
| D2C6 | 0.1533 | 0.1792 | 0.0841 | 0.1352 |
| D2C8 | 0.1151 | 0.1642 | 0.0332 | 0.0451 |
由表4可以看出，遼河原油加入D2Cn水溶液后的油-水界面張力均低于加入油田常用表面活性劑PS、AOS的，表明D2C系列的界面活性高。在實驗采用的4種雙子表面活性劑及4種不同用量中，質量分數為0.1%、加堿質量分數為0.5%的D2C界面活性最高。
由表4還可知聯結基對D2Cn系列界面活性影響的趨勢，即隨著聯結基團長度的增加，體系油-水界面張力先增加后降低。這是因為當其聯結基團較短時(如D2C2，D2C4)，長度小于斥力所造成的2個離子頭基間的平衡距離，聯接基團鏈被完全拉直，其空間位阻隨基團長度增加而增大，表面活性劑分子在油-水界面排列比較疏松，因此界面活性降低;當其聯結基團長度較長時(如D2C6，D2C8)，長度大于2個離子頭基間的平衡距離，聯接基團將卷曲，柔性增強，表面活性劑分子在油-水界面的排列更緊密，降低界面張力的能力增強
2.3 D2Cn系列表面活性劑的泡沫性能
常溫下4種D2Cn 質量分數為0.2%的水溶液的初始起泡體積與泡沫半衰期列于表5。
表5 D2C系列水溶液的初始起泡體積(V0)與泡沫半衰期(t1/2)
| Surfactant | V0/mL | t1/2/s |
|---|---|---|
| SDBS | 390 | 90 |
| SDS | 900 | 421 |
| D2C2 | 1070 | 453 |
| D2C4 | 1060 | 483 |
| D2C6 | 980 | 381 |
| D2C8 | 920 | 306 |
一般來說，當表面活性劑分子中的非極性基為芳香基時，由于其分子形狀的不規則，如果不摻加穩泡劑，則起泡小，穩泡性差。但由表5可知，D2Cn系列表面活性劑分子中雖然帶有芳香基，但起泡性能及泡沫穩定性卻大大提高，這主要是因為D2Cn系列的疏水基為仲辛基，支化度較高，表面活性大，容易起泡的緣故。
由表5可知，聯接基長度對支鏈疏水鏈型雙子表面活性劑泡沫半衰期的影響趨勢與文獻報道的直鏈疏水鏈型雙子表面活性劑的有所不同。隨著聯結基中亞甲基數目的增多，初始起泡體積降低，泡沫半衰期先增加后降低。這主要是因為表面活性劑的起泡能力與其表面張力密切相關，故初始起泡體積與表面張力的變化趨勢一致，隨著聯結基的增長而降低;泡沫的穩定性則取決于液膜的強度及液膜的排液速率，當其聯結基團較短時(如D2C2、D2C4)，聯結基長度的增加有利于離子頭基間的靜電斥力減少，聯接基團的柔順性增加，表面活性劑分子在氣-液界面的排列更緊密，液膜強度增大。當聯結基長度繼續增加時(如D2C6，D2C8)，疏水鏈本身為高度支化的碳鏈，整個分子的空間位阻成為影響分子在界面排列的主要因素，分子排列疏松，液膜強度下降，泡沫穩定性降低。
溫度會影響表面活性劑溶液的初始起泡體積和泡沫半衰期。不同溫度下D2C質量分數為0.2%的水溶液的初始起泡體積和泡沫半衰期隨溫度的變化分別見圖1、圖2。
圖1 溫度對 D2Cn 系列水溶液初始起泡體積(V0)的影響
圖2 溫度對D2C系列水溶液泡沫半衰期(t1/2)的影響
由圖1和圖2可知，隨著溫度的升高，D2C水溶液的初始起泡體積先增加，在60℃達到最大值后又有所下降，但是上升和下降的幅度不大;隨著溫度的上升，D2C水溶液的泡沫半衰期顯著下降。這是由于在一定的溫度范圍內，隨著溫度的升高，液體膨脹，分子間距離增大，表面活性劑分子動能增加，易擺脫水的束縛逃逸到水面，表面吸附量增加，起泡能力增強。另外，泡沫在低溫和高溫下的衰變過程不同。低溫時，主要是氣體擴散過程;高溫時，由于最上面的泡膜上側總是向上凸的，這種彎曲面有利于蒸發，溫度越高蒸發越快，液膜越來越薄，最后自行破滅，因此泡沫破滅由頂端開始。從起泡體積和泡沫半衰期隨溫度的變化曲線來看，D2C系列中D2C2的變化趨勢最為平緩，即抗溫能力最好。
3 結論
(1)合成了疏水鏈帶支鏈、不同聯結基的磺酸鹽型雙子表面活性劑D2C。
(2)與傳統單基表面活性劑相比，D2Cn的CMC降低了1~2個數量級。D2Cn的γCMC與CMC值均隨其分子中聯結基長度的增加而增大。遼河原油加入D2Cn后的油-水界面張力隨D2Cn中聯結基長度的增加先增加后降低。
(3) D2Cn 系列雙子表面活性劑具有良好的泡沫性能。隨著D2C的聯結基長度的增加，其水溶液初始起泡體積降低，泡沫半衰期先增加后降低，影響趨勢與含直鏈疏水鏈的雙子表面活性劑有所不同。 D2Cn 系列表面活性劑在 60°C 時起泡體積最大，泡沫半衰期隨溫度的升高而顯著降低，D2C2的泡沫耐溫性最好。