已有研究表明,阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配使用,可以获得比单一表面活性剂更优良的洗涤性质、润湿性质以及其他性质。然而,并非所有情况如此。本研究旨在通过实验弄清非离子表面活性剂(ORS)对石油氧化皂(POS2)及POS2/ORS复配体系界面活性的影响。
1实验条件与方法
本实验中采用的石油氧化皂(POS—2)为大庆原油的馏份油液相氧化所得烃液相氧化产物皂化后得到的产品,其羧酸盐含量为9.07%(用溴甲酚绿法测得),总有机物含量为36.45%。ORS为美国Witco公司生产的石油磺酸盐,其有效浓度为50%;EDTA,NaOH,Tween—20和Tween—80均为化学纯试剂,全部使用大庆四厂注入水模拟水(矿化度为4333.32mg/L)配制;Tween—20由上海化学试剂采购供应站经销,Tween—80由上海大众制药厂生产;OP类非离子表面活性剂由沙市石油化工厂出品;原油用大庆联一站脱气原油。
2实验结果与讨论
2.1 OP类非离子表面活性剂的影响
1)对石油氧化皂POS－2体系界面活性的影响 图1～3为不同浓度的OP—10,OP—30和OP—7对POS—2/碱体系界面活性的影响试验结果,从中可以发现,只要在POS—2/碱体系中加入有OP类的非离子表面活性剂,体系的界面活性不但没有改善,反而变差,不能达 到超低界面张力。随着OP类非离子表面活性剂浓度的增加,其体系的界面活性明显变差,甚至达到不能测量的程度。
2)对POS－2/ORS/碱复配体系界面活性的影响 表1为聚氧乙烯链长相差大的OP－10和OP－30对POS－2/ORS/碱复配体系界面活性影响的结果。从表1可知,在POS－2/ORS/碱复配体系中加入少量的OP－10和OP－30,都使体系的界面活性变差,界面张力升高,且OP－30的影响比OP－10要大。
表1 OP－10与OP－30对POS－2/ORS/碱复配体系界面活性的影响
从图1～3和表1中可以得出,随OP类非离子表面活性剂亲水性增大(即随聚氧乙烯链的
增长),体系的界面张力值升高,其对体系界面活性的影响也越大。
2.2 Tween类非离子表面活性剂的界面活性影响
1)对石油氧化皂POS－2体系界面活性的影响
图4所示为Tween－80对POS－2/碱体系界面活性的影响。从图4可见,在POS2/碱体系及POS－2/ORS/碱复配体系中加入少量的Tween类非离子表面活性剂,体系的界面张力都升高。可见,Tween类非离子表面活性剂对POS－2/碱体系及POS－2/ORS/碱复配体系也有毒害作用。
2)对POS-2/ORS/碱复配体系界面活性的影响 为了便于讨论,表2比较了亲水性相差比较大的Tween－20和Tween－80对POS－2/ORS/碱复配体系界面活性的影响。
从表2可见，随Tween类非离子表面活性剂亲水性增大（即随聚氧乙烯链的增长），体系的界面张力值升高,其对体系界面活性的毒害作用也越大。这与从OP类非离子表面活性剂对POS—2/碱体系及POS—2/ORS/碱复配体系界面活性的影响中总结出的结论相吻合。
2.3 综合分析
从OP类和Tween类非离子表面活性剂对POS－2/碱体系及POS－2/ORS/碱复配体系界面活性的影响中,可以得到聚氧乙烯型非离子表面活性剂对石油氧化皂的影响规律:随聚氧乙烯链的增长,非离子表面活性剂对POS及其复配体系的界面活性毒害作用也增大。
表面活性剂复配体系界面活性的好坏主要取决于表面活性剂在油水界面上的吸附;而表面活性剂在油水界面上的吸附,又和表面活性剂复配体系形成混合胶束结构的紧密程度有关。但由于各种表面活性剂的结构和性能差异大,所以形成混合胶束结构的紧密程度不一样。另外,溶液中表面活性剂的复配比例不同,形成混合胶束结构的紧密程度。不仅与表面活性剂的结构、性质和配比有关,还与溶液环境有关。那些胶束结构紧密的混合表面活性剂体系易于在油水界面上吸附,吸附于油水界面上的表面活性剂排列也紧密,吸附量相应地要大一些,因而界面活性好;而那些松散的体系不易在油水界面上吸附,吸附量相对低些,因而界面活性差。
由于OP类和Tween类非离子表面活性剂中都含有不同聚集数的聚氧乙烯链,它们在水溶液中呈曲折形,与阴离子表面活性剂混合时,曲折形聚氧乙烯的屏蔽作用和空间位阻效应,一方面可以减少离子端电荷间的静电斥力,有利于形成结构较紧密的混合胶束;另一方面,聚氧乙烯链的空间位阻效应又不利于形成结构紧密的混合胶束。此两方面相互竞争的结果导致是否能形成较紧密的混合胶束结构,具体体现在:能形成较紧密的混合胶束结构,体系的界面活性好;否则,体系的界面活性差。从实验结果来看,两类非离子表面活性剂中聚氧乙烯链不利于体系形成较紧密的混合胶束结构,相反,对能形成紧密混合胶束结构的石油氧化皂及其复配体系因其加入造成破坏,不利于表面活性剂在油水界面上的吸附,因而减少了表面活性剂的吸附量,使体系的界面活性降低。由于聚氧乙烯链空间位阻效应占主导地位,破坏阴离子表面活性剂及其复配体系胶束结构的紧密程度,因此加有非离子表面活性剂的阴离子表面活性剂(POS－2)及其复配体系的界面张力比未加时要高。
聚氧乙烯型非离子表面活性剂的极性部分由长的聚氧乙烯链组成,其体积远大于憎水基;且随聚氧乙烯链的增长,其溶于水的能力也增强(即亲水性增强)。曲折形聚氧乙烯链的增长,对阴离子表面活性剂(POS－2)及其复配体系的屏蔽作用和空间位阻效应也随着增大,其亲水性愈强,愈不利于形成结构紧密的混合胶束,愈破坏阴离子表面活性剂(POS—2)及其复配体系结构紧密的混合胶束,对体系界面活性的毒害作用也增强,使得复配体系界面张力随聚氧乙烯链的增长而其界面张力升高。
3结论
1)不同浓度的OP类和Tween类非离子表面活性剂对POS－2/碱体系及POS－2/ORS/碱复配体系的界面活性均有毒害作用。
2)聚氧乙烯型非离子表面活性剂随聚氧乙烯链的增长,其屏蔽作用和空间位阻效应也随着增大,对POS－2/碱体系及POS－2/ORS/碱复配体系界面活性的破坏作用也增加。
3)对非离子型表面活性聚氧乙烯基的聚合度大小仅做了简单推测,未考察温度、盐含量(离子强度)对石油氧化皂表面活性的影响,这些都尚待研究和实验支持。
参考文献
1赵国玺.表面活性剂物理化学.北京:北京大学出版社,1991
2刘华,张禹负,彭晓玲.表面活性剂增效减驱中表面活性剂之间的协同效应.石油勘探与开发,1995,22(5):70～73
3樊西惊,艾玉兰.阴非升离子混合表面活性剂溶液的性质.油田化学,1989,6(2):152～155
4黄宏度,吴一慧,李克华.烃氧化产物皂化后活性组分在油、水相的分配.油田化学,1993,10(3):268～271卷
