磺酸/硫酸盐类表面活性剂在工业领域的应用

焦提留 章勇锋 陈伟鑫 叶承忠 战玉洁 刘晓臣

1.中轻化工绍兴有限公司，浙江绍兴，312369；

2.中国日用化学研究院，表面活性剂国家工程研究中心，山西太原，030001

磺酸/硫酸盐类表面活性剂是由磺化剂（如三氧化硫、发烟硫酸、氯磺酸等）与含有可磺化基团的物质（如双键、醇羟基、酯基等）反应生成的一类表面活性剂。作为阴离子表面活性剂的重要组成部分，磺酸/硫酸盐类表面活性剂的主要品种有直链烷基苯磺酸（LAS）、脂肪醇醚硫酸盐（AES）、α-烯烃磺酸盐（AOS）、脂肪醇硫酸盐（K12）、脂肪酸甲酯磺酸盐（MES）及油脂基乙氧基化物磺酸盐（SNS）等。2021年磺酸/硫酸盐类表面活性剂总产量约为150万吨，占表面活性剂总产量的38.67%[1]。

21世纪之初，随着我国洗涤剂行业的快速发展，市场对磺酸/硫酸盐类表面活性剂的需求量猛增，2003年中轻化工股份有限公司在绍兴工厂建成国内首套3.8 t/h多管式连续磺化装置，解决了国内磺酸/硫酸盐类表面活性剂产能不足的问题，随后磺化厂家纷纷新增国产化磺化装置，磺酸/硫酸盐类表面活性剂的产销量快速增长。随着近几年洗涤剂行业增速放缓，磺酸/硫酸盐表面活性剂供大于求，市场竞争激烈。为了取得产品价格优势，磺化厂家纷纷新增产能，摊薄生产成本，导致出现磺化产能严重过剩问题。磺酸/硫酸盐类表面活性剂主要应用于洗涤剂行业，在工业领域虽有一定的应用，但用量远不及洗涤剂行业，导致产品同质化较为严重。因此开发磺酸/硫酸盐类表面活性剂在工业领域的应用技术，扩展不同领域对磺酸/硫酸盐类表面活性剂的需求，对解决产能过剩问题和产品同质化问题具有重要的意义[2-3]。

本文主要介绍了磺酸/硫酸盐类表面活性剂在建筑、三次采油、盾构、农药、消防等工业领域的应用。

1 在混凝土引气剂领域的应用

引气剂是混凝土及水泥制品中应用最为广泛的外添加剂之一。在现代混凝土技术中，引气剂的加入能够通过在混凝土/砂浆拌合物浆体中引入均匀分布且稳定的微小气泡，提高混凝土的和易性、流动性、抗冻性以及耐久性等性能。

磺酸/硫酸盐类表面活性剂因具有优异的引气性能和配伍性能而被应用于各类混凝土引气剂及其配方体系中，目前已被应用到砂浆引气剂中的磺酸/硫酸盐类表面活性剂有AOS、K12以及LAS等。郑宝春等[4]在研究不同的引气剂对湿拌砂浆性能的影响时发现，AOS等能够有效控制湿拌砂浆的稠度经时损失，从而提高湿拌砂浆的稳泡性能。甘德清等[5]研究了不同种类引气剂对充填料浆流变特性及力学性能的影响，发现在料浆质量浓度为60%、灰砂比为1∶4条件下，用K12作为引气剂时，引气效果最好，料浆流变特性更好，充填体的7 d单轴抗压强度降低幅度最小。

2 在盾构用泡沫剂领域的应用

将泡沫用于盾构渣土改良材料的研究始于20世纪80年代的日本，经过近40年的发展，泡沫剂已成为应用最为广泛的渣土改良材料之一，其在土压盾构施工过程中具有以下优势：①泡沫剂形成的泡沫能够有效地包裹土体颗粒，增加润滑性，降低盾构机工作时刀盘和螺旋排土器的扭矩，降低刀具磨损风险，提高刀具使用寿命；②泡沫能够减小砂石的内外摩擦角，降低黏土黏性，从而增强砂石和黏土的塑流性，提高掘进速度；③泡沫能够有效改变砂土的渗透系数，改善砂土的止水性能，防止喷涌现象，保持地层稳定[6-7]。

磺酸/硫酸盐类表面活性剂作为一类发泡性能优异的表面活性剂而备受盾构用泡沫剂研究学者的关注。乔国刚[6]运用正交试验方法考察了K12和AES对泡沫剂配方发泡效能和稳定性的影响，成功开发了5组以K12为主成分的盾构用发泡剂配方，其中4号配方（K12含量为6%、AES含量为4%、脂肪醇聚氧乙烯醚含量为1%）的发泡倍率明显高于国内外市售发泡剂。周雄[8]在开发发泡剂配方时发现不同种类的亲水基团对表面活性剂的发泡性能影响较大，在相同疏水基条件下，亲水基团的发泡能力依次为硫酸基＞羧酸基＞磷酸基，开发了以AOS、K12和AES为主成分的ZDF系列发泡剂配方，并与三种商用配方对比，结果显示ZDF系列自制泡沫剂具有优异的发泡性、稳泡性、良好的耐酸碱盐性和抗低温效果。针对顶管隧道砂土地层，侯茜茜[7]开发了以AES为主发泡成分的阴非离子复配发泡剂，该发泡剂泡沫综合质量良好。

3 在农药助剂领域的应用

表面活性剂作为农药制剂的重要组成成分，在农药配方中具有分散、乳化、增溶和润湿等作用，提高药剂在稀释过程中的稳定性，增强药物在植物和害虫表面的铺展和附着性能，提高药效，降低使用量，已广泛应用于悬浮剂、水乳剂和微乳剂等各类农药剂型中[9]。

磺酸/硫酸盐类表面活性剂作为一类具有良好润湿和乳化性能的表面活性剂已被研究学者应用到各类农药制剂中，并表现出了优异的性能。QIU等[10]利用K12修饰类水滑石化合物，通过溶剂挥发法将阿维菌素插层到类水滑石化合物中，得到了药物释放速度可受pH值、温度以及电解质等外界条件控制的农药缓释剂。雷丹[11]在研究助剂类型及配比对巨大芽孢杆菌可湿性粉剂的影响时发现以LAS为润湿剂、以木质素磺酸钠为分散剂，且润湿剂和分散剂配比为4∶6时，粉剂的润湿性和分散性效果最佳。目前LAS、K12和AES几类产品已在农药领域占据了一定的应用市场。

4 在油田驱油剂油技术领域的应用

表面活性剂驱是一种以表面活性剂溶液作为驱油剂提高原油采收率的驱油方法，是目前三次采油最主要的研究方向之一，表面活性剂在其中起到以下几个方面作用：第一，主要通过降低油水界面张力，减小油藏孔隙对油水混合物的阻力，增加油水混合物的流动性；第二，适宜的表面活性剂可以改善油藏中亲油岩石的亲水性，降低岩石表面对油水混合物原油的吸附力，增强油水混合物在油藏孔隙中的驱替效率；第三，表面活性剂吸附在油水混合物的油水界面，从而形成乳状液体，降低油水混合物因摩擦造成的能量损失，使油水混合物在油藏孔隙中更好地聚集并且运移[12-13]。

磺酸/硫酸盐类表面活性剂因具有良好的界面活性和泡沫性能、突出的配伍性能以及价格低廉等优势已应用于各类驱油剂配方中，目前在驱油剂配方中应用较多的有石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、K12、AOS以及AES等，刘晓敏[14]在研究驱油用泡沫体系时，发现在K12∶十二烷基三甲基溴化铵∶烷基糖苷摩尔比为0.36∶0.24∶0.4时，可以在总浓度为2～7 mM的范围内获得超低油/水界面张力，最低达到2.9×10-5mN/m，相应的综合泡沫指数达到936 Ls。石博文[15]在研究大港官109-1断块油藏复合驱油体系配方时发现，石油磺酸盐和重烷基苯磺酸盐具有很好的协同作用，可使油水界面张力达到10-3数量级。

5 在泡沫灭火剂领域的应用

泡沫灭火作为火灾扑救的常用方法之一，主要通过冷却、隔氧窒息以及热辐射阻隔等发挥灭火效果，所用到的泡沫灭火剂是一种由表面活性剂、有机溶剂以及泡沫稳定剂等组成的泡沫浓缩液，在使用时与水按一定比例混合配制而成的泡沫溶液，利用消防泡沫产生装置制造消防泡沫。目前常用的泡沫灭火剂为氟碳表面活性剂，由于氟碳表面活性剂稳定性好，在自然环境中很难降解，所以长期积累在生物链中会造成环境污染。

磺酸/硫酸盐类表面活性剂因具有良好的发泡性能和生物降解性能，可用于替代泡沫灭火剂中的氟碳表面活性剂，许多学者也开展了相关研究，并在泡沫灭火剂领域形成了一定的应用。贾海林等[16]在研究碳氢/有机硅/低碳醇复配泡沫体系时，发现K12/非离子有机硅表面活性剂/低碳醇体系产生的泡沫能够通过物理和化学作用高效协同抑制煤自燃行为的发生。盛友杰[17]在研究K12与有机硅（PTS）复配体系时发现，复配体系具有良好的发泡性能和泡沫稳定性，具备作为泡沫灭火剂的潜在可能。

6 结语

近年来，磺酸/硫酸盐类表面活性剂面临着产能过剩和产品同质化问题，建议磺化企业可以通过以下两个手段解决这些问题：①深入研究磺酸/硫酸盐类表面活性剂在混凝土引气剂、盾构用泡沫剂、农药用表活剂、油田驱油剂、泡沫灭火剂等工业领域的作用机制，进一步提升磺酸/硫酸盐类表面活性剂在工业的应用深度；②针对特定工业领域开发特定产品指标的磺酸/硫酸盐类表面活性剂，提高产品差异化和附加值。