表面活性剂在众多的应用领域内是以混合物的形式存在的,搭配合适的两种表面活性剂的混合物可以产生协同效应,比单一表面活性剂的使用效果好得多.一般以阴离子与非离子表面活性剂混合应用较为常见,而根据传统观点,认为阴､阳离子表面活性剂因其所带电荷相反不能在一起混合使用,它们可能反应生成沉淀,不能相容而失去活性.但随着对表面活性剂的广泛使用和深入研究,发现在适当条件下,阴､阳离子表面活性剂混合使用有强烈增效作用,在特殊情况下可产生0.04N/m的表面压增值.掌握和提高表面活性剂的应用技术,会产生显著的经济效益,例如C12H25—O—SO3Na和C12H25—N—(CH3)3Br以1∶1摩尔混合,只需要单一表面活性剂的千分之一,即可得到同样的表面活性;AS与NDA(三十二烷基丙基季铵盐)以等摩尔分子混合所形成的络合物,其表面活性提高了1~2个数量级〔2〕.所以,阴､阳离子混合表面活性剂在国内外已受到越来越多的研究者和应用者的重视.
1 表面活性剂在乳化沥青中的应用
80年代以来,我国开展了这方面的应用研究,成功地应用于表面活性剂的分离和分析中.使用阴､阳离子和无机乳化剂制备石蜡基石油沥青—氯丁防水涂料,对过量阴离子活性剂溶液中阳离子活性剂对纤维的吸附机理进行研究,曹健等研制了阴离子与阳离子复合表面活性剂,复配以非离子表面活性剂和其它助剂,开发出ZA系列产品,作为压裂液助排剂投入现场应用,返排情况良好.阴､阳离子混合表面活性剂显示了很高的表面活性和稳定性,并且具备在压裂施工中使用所需要的其它有关性质,未发现有不相容迹象,使用较为经济.
笔者也曾用阴､阳离子混合表面活性剂制备O/W乳化沥青,并对其在水利防渗工程中的应用进行了研究.
2 实验部分
用阴､阳离子混合表面活性剂将胜利油田100号沥青制备成沥青乳液,其工艺条件如下: 沥青:水=60:40
阳离子表面活性剂(季胺盐类):阴离子表面活性剂(烷基苯磺酸盐)≈5:1
沥青温度:
水 温:
pH 值:6.5~7.5
其工艺流程如图1,将沥青和水分别加热至
分别用3种沥青乳液与粗骨料(石灰石､碎石)和填料(混合矿粉)制成沥青混凝土,其配合组成列于表2,同时制得热沥青混凝土作下一个试验的对比.
最后将各种沥青混凝土用于水利防渗工程,试验性能列于表3.
试验结果表明,利用阴､阳离子混合表面活性剂制备的沥青乳液,稳定性提高;又因阳离子表面活性剂用量减少而使成本降低.利用混合离子乳化沥青所配制的乳化沥青混凝土,其渗透系数可达10
3 讨论与分析
阴､阳离子混合表面活性剂的增效作用是明显的,可是目前还没有成熟的理论来解释这个事实.有人建议对于阴､阳离子混合表面活性剂体系的吸附增效作用可用简单的2-D溶液理论应用电中性分划面来解释.
通过用阴､阳离子表面活性剂制备沥青乳液的研究,初步认为:
(1)阳离子表面活性剂､阴离子表面活性剂在沥青乳化过程中起不同作用.阴离子表面活性剂主要起增效作用,即增强阳离子表面活性剂的乳化作用.阳离子表面活性剂主要起乳化作用,因此制得的沥青乳液带正电荷.
(2)从电化学性质的观点可以认为,阳离子表面活性剂聚积在油水介面上,形成了包围沥青液珠的具有一定机械强度､带有相同的正电荷的坚韧的保护膜,如图2.这样可将各个沥青液珠分开并能阻止其凝聚变大.而阴离子表面活性剂的加入,除了碳氢链的相互作用外,不但没有电荷间的斥力,反而增加了正负电荷间的引力,这就大大促进了两种离子间的缔合,在吸附层中的排列达到较为紧密的程度,即形成了密集､坚固､具有良好弹性和机械强度的复合膜,大大增加了沥青乳液的稳定性.
值得注意的是,阴､阳离子混合表面活性剂的增效作用主要取决于阴､阳离子表面活性剂的合理搭配(即阴､阳离子表面活性剂的成份､比例等等),搭配不合适不但没有协同效应,还会出现对抗性.如以3∶7摩尔比混合双氯化季铵盐(制自四亚甲基二胺)和阴离子表面活性剂suifonoinp-1,可得到较大的协同效应,其CMC从0.060%(双氯化季铵盐)和0.130%(suifonoinp-1)降低到0.014%(混合).而以6:4摩尔比混合十二烷基硫酸钠和双氯化季铵盐,则其CMC增加到0.440%.通过研究还发现搭配的烃链长短也有很大影响.
4 结束语
搭配合适的阴､阳离子混合表面活性剂的增效作用是显著的.但是目前的开发､应用研究还很不够.这一技术应用的潜力很大,各个领域都应积极开发,只要掌握其搭配的规律,提高应用技术,定会产生显著的经济效益.
参考文献
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