盐化工工艺中中添加剂对粘弹流体性能的影响

李豫

摘  要：双子表面活性剂具有高的界面活性，较低的临界胶束浓度（CMC）和krafft点，可以形成良好的超分子结构，并且水溶性好，增溶性强。本文利用羧酸盐双子表面活性剂GC18-2-18，用黏度计和流变仪测试研究NaCl、KCl、苯甲酸钠、乙酸钠的浓度对阴离子双子表面活性剂溶液的黏度和粘弹性的影响，并用旋转滴界面张力仪对油水界面张力进行研究测试，通过研究表明，随着羧酸盐双子表面活性剂GC18-2-18浓度的增大，其溶液黏度呈现增大趋势，溶液的液tanδ值随浓度的增大而减小，且溶液的tanδ<1。当GC18-2-18的浓度为0.5%时，溶液的粘度最大为26.98mPa·S。浓度的增大是使溶液中形成体积更大空间结构更紧密的胶束结构，有利于增黏效果。

关键词：粘弹流体;阴离子表面活性剂;黏度;粘弹性

1 研究背景

双子表面活性剂是一种含有双亲水头基、双疏水链，通过亲水基团连接的表面活性剂。与传统的表面活性剂相比具有极高的表面活性，因而具有较低临界胶束浓度以及Krafft点，具有良好的水溶性特征，因此双子表明活性剂具有上述特征和性质，因此双子表明活性剂既可以利用它显著的界面活性以降低油水界面张力至超低级别，又可以利用它在水溶液中可形成特种胶束结构的能力来提高黏度。

2 双子表面活性剂的性能

2.1表面活性

表面活性剂都具有一定的表面活性，即表面活性剂发生溶解后降低界面张力的性能。它吸附于水溶液以及空气界面，可通过降低体系自由能的方式降低水表面张力，在实践中水的表明张力通过测量活性剂胶束浓度（CMC）来得到。表面张力可使液体表面产生逐渐缩小趋势，也是液体分子凝聚力的内在表现。Gemini表面活性剂的分子结构中含有两个亲水基和两个疏水基，两个亲水基通过桥连基相连，二者之间的静电排斥力和水化层之间的相互作用力被削弱，疏水基之间的排斥力得到加强，由此双子表面活性剂分子在溶液中的排列更加紧密，分子之间更容易形成胶团或胶束，这些都是双子表面活性剂降低溶液表面张力的有利因素。

2.2增溶性能

表面活性剂溶于水后会形成胶束使不溶于水或微溶于水的溶质溶解度显著增大，这种作用称之为增溶作用。增溶作用很大程度降低溶质的化学势，并最终使溶液体系各向同性均一。当溶剂为水时，表面活性剂胶束内部为疏水链的几何，此时油性物质具有较大的溶解度，这类表面活性剂水溶液之中几乎不溶于水，由于其内部是疏水链的集合体且具有亲和性，油类物质可以进入胶束内部。所以双子表面活性剂的油类溶液中，疏水基头朝外，亲水基朝内，由于胶团的存在，不溶物的溶解度被大大提高;当溶剂为油时，表面活性剂形成的溶液体系中，胶束的亲水基朝内，疏水链朝外，同时向其中加入水等物质，也可溶于胶束中。

2.3溶解性能

离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度的变化与一般无机盐相似，通常溶解度与温度成正比，即随温度的升高溶解度增大。它有一个特点，溶解度随温度的升高有一个明显的转折点，这一突变的点称作Kraff点，Kraff点越低，其溶解性越好。在Kraff点之前，离子型表面活性剂的溶解度增大速率较快;Kraff点之后，溶解度随温度升高逐渐降低。离子型表面活性剂在水中的溶解度主要取决于构成这类表面活性剂的亲水基和疏水基的平衡，亲水基及疏水基的数目、大小、种类、位置、溶液的温度等都是其溶解度的影响因素。与传统表面活性剂相比，Gemini表面活性剂具有两个亲水基，因此具有更好的水溶性，并且水溶性随着亲水基亲水程度的增大而增大。大多数阴离子表面活性剂具有较低的Kraff点，并且都在0℃一下，有着良好的水溶性。

3 阴离子双子表面活性剂溶液的黏度及流变性研究

3.1溶液配制

准确称取所需量的阴离子双子表面活性剂（已提纯干燥恒重），置入蒸馏水中加热搅拌直至完全溶解，50ml定容后备用。其中配制阴离子双子表面活性剂与助剂的复配溶液时，应称取一定量表面活性剂（已提纯干燥恒重），置入蒸馏水中加热搅拌进行溶解，在溶解过程中加入一定质量分数的助剂溶液（氯化钠、氯化钾、苯甲酸钠、乙酸钠）继续进行加热搅拌溶解，并加入蒸馏水定容到50mL，得到所需溶液。

3.2实验方法

（1）溶液黏度研究方法

阴离子双子表面活性剂溶液黏度测试采用Brookfield DV2T黏度计完成，设置温度30℃，剪切速率为7 s-1，黏度测试误差1mPa·s + 0.005mPa·s。

粘度测试实验步骤如下：

①向样品杯中加入适量样品至刻度线位置;

②将样品杯放入DV2T粘度计控温系统内，同时将固定旋钮锁紧;

③安装好转子，手动悬下转子，并保持转子在悬下过程中不接触样品杯壁面，使转子的最上方刚刚没过待测样品且不接触样品杯底部;

④打开仪器的控制面板设置温度（30℃）、剪切速率（7s-1）等参数，开始测试。

3.3 实验结果与讨论

剪切速率（7s-1），温度（30℃）相同时，考察羧酸盐双子表面活性剂GC18-2-18浓度对其溶液粘度影响。随着浓度的增大，羧酸盐双子表面活性剂GC18-2-18溶液黏度均呈上升趋势。条件相同时，当浓度增大至0.5%时，溶液黏度达到最大，为26.98mPa·s。这是因为随着阴离子双子表面活性剂溶液浓度的提高，其溶液内部缔合形成的胶束结构发生了一定的变化，在浓度较低时，表面活性剂溶液的流变性与牛顿流体相似，溶液内部形成的主要是球状或棒状胶束;当浓度继续增大时，表面活性剂溶液形成的胶束结构也进一步增大，形成更為交错紧密的尺寸更大的胶束结构，从而使其黏度有所提高。阴离子双子表面活性剂溶液tanδ值随浓度的增大而减小，且tanδ<1，这说明增大溶液浓度，有利于其溶液弹性发挥;阴离子双子表面活性剂GC18-2-18溶液具有良好的粘弹性及增黏性。在30℃，剪切速率7s-1条件下，考察了不同浓度的无机盐NaCl、KCl、与有机盐苯甲酸钠、乙酸钠对0.5%阴离子双子表面活性剂GC18-2-18溶液黏度的影响，结果如图2-2、2-3、2-4、2-5所示。结果表明，随着NaCl浓度增大，GC18-2-18溶液黏度下降，当添加无机盐NaCl、KCl浓度为0.5%时，溶液粘度已由26.98mPa·s分别降低至7.96mPa·s与25.47mPa·s;随着KCl浓度增大，阴离子双子表面活性剂GC18-2-18溶液黏度呈现上升趋势，在KCl浓度为0.5%时，溶液黏度达到25.47mPa·s，但相比最初的26.98mPa·s溶液黏度有所下降。可见，本实验条件下，NaCl、KCl对0.5%GC18-2-18阴离子双子表面活性剂具备协同增粘作用。

4 结论

考察了助剂对羧酸盐阴离子双子表面活性剂GC18-2-18溶液性能的影响，并得到以下结论：GC18-2-18溶液随着浓度的增大其溶液粘度呈上升趋势，当浓度增大至0.5%时，溶液的黏度达到26.98mPa·s，同时粘弹性实验表明其溶液均以弹性为主，体现出良好增粘性及粘弹性;KCl浓度变化对GC18-2-18溶液粘度影响不明显;而增大NaCl、苯甲酸钠和乙酸钠的浓度，GC18-2-18溶液粘度均呈现快速下降的趋势，至浓度0.2%时，NaCl对溶液黏度的影响基本趋于稳定;其中乙酸钠对黏度的影响最大，黏度可由起始26.98mPa·s降低3.28mPa·s;同时苯甲酸钠与乙酸钠对0.5%的GC18-2-18阴离子双子表面活性剂不具备协同增黏作用。

参考文献

[1]  刘康，黄泽华，王新伟，刘浩，赵仁勇.高温条件下挂面储藏稳定性的研究[J/OL].河南工业大学学报（自然科学版）：1-11.