阴—非离子型表面活性剂的研究进展

胡冬慧+陈佳明+艾林+李杨+韩凯悦

摘 要：阴-非离子型表面活性剂是一类新型表面活性剂，其结构特点在于其是由两种亲水基团构成，具有非离子型、阴离子型表面活性剂的双重表面化学性能。总结近年来针对阴-非离子型表面活性剂的研究内容，为进一步的研究提供前期基础。

关键词：阴-非离子型；表面活性剂；应用研究

中图分类号：O647.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0023-02

鉴于社会应用的日益广泛，表面活性剂的种类也在不断增加，其中阴-非离子型表面活性剂因为其拥有优异的表面性能从而吸引了大量研究者们的目光。按照结构特点阴-非离子型表面活性剂大致可划分为两种：阴-非离子型（单链）表面活性剂和阴-非离子型Gemini（双链）表面活性剂。按照其内部结构中的阴离子结构进行分类，可分为硫酸盐类、羧酸盐类、磺酸盐类等。阴-非离子型表面活性剂在高温、高盐的环境下仍保持优良的性能而外界条件影响较小，对于提高能源石油三次开采的采油率起着重要的作用。近年来，阴-非离子型表面活性剂的种类研究日益广泛。

1 阴-非离子型（单链）表面活性剂

1.1 硫酸盐类

硫酸盐类表面活性剂是由聚氧乙烯脂肪醇醚与硫酸通过酯化反应与中和反应生成的。通过硫化反应后，将阴离子官能团引入非离子表面活性剂中，可以提升表面活性剂的表面活性。张彬等[1]合成了二聚壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠（GNPES），采用稳态荧光探针法测定了GNPES的临界胶束浓度（CMC值）和胶束聚集数。与非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚（NPES）相比，由于结构中含有離子结构，GNPES的CMC值降低了近一个数量级，从而具有更好的表面活性。

游慧等[2]选取十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）和十二烷基硫酸钠（SDS），通过介观动力学模拟方法研究了二者性质差异和二者的相互作用。实验说明了氧乙烯基团的导入增强了AES的亲水性，CMC值增大，聚集数减小。通过考察AES/苯和AES/正辛醇体系的密度切片图可知，实验选用的油污的分子构型的不同，AES具有不同的增溶方式。

代士郁[3]配制了不同矿化度的水溶液，考察了阴-非离子型表面活性剂SH对原油的乳化性能的差别。温度在85℃、矿化度为27.7×104mg/L时，与原油能快速乳化-破乳；在SH浓度在1000mg/L～10000mg/L范围内，乳状液的类型开始由水包油向油包水型转变，最终全转变为油包水型；SH形成的乳状液粒径大，有一定的封堵高渗层调剖作用，在高温高盐油藏有较好的适用性。

1.2 羧酸盐类

张恒和魏秋红[4]运用密度泛函理论（DFT）的B3LYP方法，对正辛醇聚氧乙烯醚羧酸盐的几何构型进行了优化，最终确定稳定的分子构型。并采用Material Studio软件对分子结构中的组成进行了理论计算。计算了该分子的HOMO和LUMO，确定了在表面活性剂分子结构上，其他离子与表面活性剂相互作用的位置。通过理论计算与实验两者间的相互融合，更好地探究了阳离子与其的相互作用，具有十分重要的价值。

祝仰文等[5]运用气流法探究了十二烷基醇聚氧乙烯醚羧酸钠（C12E3C）水溶液的起泡能力和添加剂对其泡沫性能的影响。当C12E3C浓度达到CMC值时，起泡能力达到最好。添加剂包括电解质和聚合物等，电解质的加入明显降低了C12E3C的泡沫稳定性，起泡能力则是先增强后减弱。由于聚合物具有高黏度，当加入聚合物Mo-4000时，溶液排泡半衰期延长，泡沫稳定性增强。

1.3 磺酸盐类

李雪[6]通过醚化合成了脂肪醇（烷基酚）聚氧乙烯醚磺酸盐。该表面活性剂具有优良的化学稳定性，具有高温水解性能。聚氧乙烯链聚合度也是表面活性剂性能的重要影响因素。当聚氧乙烯链聚合度增大时，溶解性增强，表面张力增大（表面活性降低），未经纯化的产品浊点增高，而对临界胶束浓度无影响。

王彤等[7]探究了磺酸盐阴-非离子型表面活性剂的乳化性能、抗温耐盐性以及表面张力等性能。实验证明表现在表面张力低，临界胶束浓度小，乳化效果好，耐温、耐盐性能强。在当今的采油环境中其充分发挥了它的表面性能。Liu[8]等也合成一类磺酸盐类阴-非离子型表面活性剂，经研究也得出了相同的结论，因其分子中的硫原子直接与碳原子相连，从而具有更好的化学稳定性。

2 阴-非离子型Gemini（双链）表面活性剂

2.1 磺酸盐Gemini表面活性剂

刘新亮等[9]以马来酸酐、AEO-3、乙二醇和亚硫酸氢钠为原料合成了阴-非离子型Gemini表面活性剂（EGEOS-3），并且通过Waring Blender法对EGEOS-3的泡沫性能进一步探究。与LAS、SDS和AOS相比，起泡能力和泡沫稳定性均略低于LAS和SDS，高于AOS。在较低的浓度范围内和在无机盐的存在下，EGEOS-3都具有较好的起泡能力，但无机盐存在时，泡沫稳定性则较差。

栾和鑫[10]同样采用马来酸酐、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-n，n=3、5、7）和有机醇为原料合成了系列阴-非离子型Gemini表面活性剂（9种），测定了其泡沫性能。加入无机盐后，随着盐浓度的增加，起泡性能出现了最佳值，确定了最佳盐浓度，NaCl最佳浓度为2%，CaCl2最佳浓度为1g/L，半衰期也呈现了相同的变化趋势。起泡性能的最佳温度为50℃，不同种类的醇所对应的最佳浓度不同，乙醇为4mL/100mL，异丙醇为3mL/100mL，正丁醇为 1mL/100mL。

陈红等[11]在微波条件下合成探究了乙二酰胺十二醇聚氧乙烯（12）酯磺酸钠。对其针对废旧报纸的脱墨效果进行了研究，确定了最佳脱墨条件。乙二酰胺十二醇聚氧乙烯（12）酯磺酸钠的脱墨浆得率为85.5%，高于AES、Tween60、OP-10等。

2.2 羧酸盐Gemini表面活性剂endprint

王俊等[12]合成出两种饱和腰果酚Gemini聚氧乙烯醚羧酸钠（GSCPEC-n，n=8，10）。采用滴体积法考察了GSCPEC-n的性能，由于GSCPEC-n（n=8，10）中EO基团增加，水溶液中GSCPEC-n的CMC值较单链的低，吸附量增加，易于膠团的形成。

沈之芹[13]合成了一系列羧酸盐类阴-非离子型Gemini表面活性剂，对它的性能进行了大量的实验研究。测定了系列表面活性剂的表面活性，表现出了Gemini表面活性剂的CMC值较单链表面活性剂低近2～3个数量级。在高矿化度、高钙镁条件下，其油水体系的界面张力可降低到10-3～10-4mN/m，具有优良的耐温抗盐性能表面活性，2000mg/L的表面活性剂与1500mg/L聚合物配伍后，其界面张力仍可保持在10-3mN/m，配伍性能良好，具有三次采用先导试验应用的前景。

参考文献：

[1]张彬，黎钢，杨芳，等.稳态荧光探针法研究二聚壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠的表面行为[J].影像科学与光化学，2009，27（4）：12-15.

[2]游慧，赵波，王正武.水溶液中表面活性剂月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠性能的介观模拟[J].物理化学学报，2009，25（1）：67-73.

[3]代士郁.耐温抗盐阴-非离子表面活性剂SH乳化性能研究[J].石油天然气学报，2016，36（4）：67-69.

[4]张恒，魏秋红，苑世领.阴-非离子表面活性剂的结构性质[J].齐鲁工业大学学报，2015，29（1）：34-37.

[5]祝仰文，张磊，王晓春，等.十二烷基醇聚氧乙烯醚羧酸钠及其复配体系的泡沫性能[J].日用化学工业，2010，40（6）：393-397.

[6]李雪.脂肪醇（烷基酚）聚氧乙烯醚磺酸盐的合成及性能研究[D].青岛：青岛科技大学，2014.

[7]王彤，丁伟，孙丽媛.脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐的合成及性能研究[J].能源化工，2015，36（5）：27-34.

[8]Liu Z，Peng F，Liu X.Synthesis and Interfacial Activity of Alky Polyoxypropylene Sulfonate for Chemical Combination Flooding[J].Advanced Materials Research， 2012，550-553：3-9.

[9]刘新亮，李泽勤，林琳，等.阴-非离子型双子表面活性剂（EGEOS-3）的二氧化碳泡沫性能研究[J].中国石油大学胜利学院学报，2015，29（2）：47-52.

[10]栾和鑫.阴-非离子型Gemini表面活性剂合成及性能研究[D].大庆：东北石油大学，2013.

[11]陈红，朱宝伟，张丹，等.阴-非双子表面活性剂用于中性脱墨研究[J].日用化学工业，2015，45（12）：67-72.

[12]王俊，张涛，李翠琴，等.饱和腰果酚阴-非离子型Gemini表面活性剂的合成与表面活性[J].化工进展，2014，33（7）：1871-1874.

[13]沈之芹，李应成，翟晓东，等.羧酸盐Gemini表面活性剂合成及性能[J].化学世界，2012，5：111-114.endprint