表面活性剂复配原理剖析.ppt

柳林海

[摘 要]表面活性剂相互间或与其他化合物的配合使用称为复配，在表面活性剂的增溶应用中，如果能够选择适宜的配伍，可以大大增加增溶能力，减少表面活性剂用量。

[关键词]表面活化剂；复配理论；分析

中图分类号：TM723 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0345-01

1 表面活性剂复配系统概述

不同表面活性各自有其特点。通常，改变表面活性剂应用性能的途径有两种：一种是根据结构与性能的关系设计合成新型表面活性剂，另一种是通过多种表面活性剂的复配得到具有优异性能的产品。开发表面活性剂新品种往往难度很大，而且进行毒性安全性试验也很困难。相比较而言，通过复配的方法改进体系的特性就比较迅速、经济、有效。近年来，对表面活性剂复配协同增效的研究正在引起越来越多的重视，不同结构的表面活性剂组成的复配体系不仅可以形成多种多样的体相缔合结构，而且在界面上可以发生协同吸附，比单一表面活性剂体系降低界面张力的力更强，利用表面活性剂复配提高界面活性已经成为强化采油等应用领域有效的技术措施之一。表面活性剂复配后，一方面由于分子间相互作用，性基团之间的静电排斥作用减小，排列更为紧密；另一方面，二者的碳氢链由于疏水效应也会相互吸引。因此，在溶液内部的表面活性剂分子更容易聚集形成胶团；在表面吸附层中，表面活性剂分子排列更为紧密，吸附量更大。因此，表面活性剂复配后对于表（界）面吸附和溶液中胶束形成都有一定的促进作用。

2 协同效应

表面活性剂复配的目的是达到加和增效作用，即协同效应。即把不同类型的表面活性剂人为地进行混合，得到的混合物性能比原来单一组分的性能更加优良，也就是通常所说的“1+1>2”的效果。

表面活性剂的复配可以产生加和效应，已经应用到了实际的生产中，但其基础理论方面的研究仍只是近几年的事，其结果可以为预测表面活性剂的加和增效行为提供指导，以便得到最佳复配效果。但其研究仍处于初级阶段，主要集中在双组分复配体系。在复配体系中，不同类型和结构的表面活性剂分子间的相互作用，决定了整个体系的性能和复配效果，因此掌握表面活性剂分子间相互作用是研究表面活性剂复配的基础。

3 表面活性剂分子间的相互作用参数

表面活性剂的两个最基本性质是表面活性剂的表面吸附及胶束的形成。因此，加和增效的产生首先会改变体系的表面张力和临界胶束浓度。一般情况下，当两种表面活性剂产生复配效应时，其混合体系的临界胶束浓度并不等于二者临界胶束浓度的平均值，而是小于其中任何一种表面活性剂单独使用的临界胶束浓度。造成这种情况的原因就是表面活性剂分子间的相互作用。

表面活性剂分子间的相互作用参数β值和两种表面活性剂混合的自由能有关，β值为负值表示两种分子相互吸引；β值为正值时，表示两种分子相互排斥；β值接近0时，表明两种分子间几乎没有相互作用，近乎于理想混合。许多学者通过大量实验和计算发现β值一般在-2（弱排斥）到-40（强吸引）之间。

4 影响分子间相互作用参数的因素

大部分混合体系的β值为负值，即两种表面活性剂分子间是相互吸引的作用。这种吸引力主要来源于分子间的静电引力，与表面活性剂分子结构密切相关，并受温度及电解质等外界因素的影响。

4.1 表面活性剂离子类型的影响

不同类型表面活性剂分子间的相互作用力大小不同，其大小次序为阴离子-阳离子〉阴离子-两性型〉离子型-聚氧乙烯非离子型〉甜菜碱两性型-阳离子型〉甜菜碱两性型-聚氧乙烯非离子型〉聚氧乙烯非离子型-聚氧乙烯非离子型由于加和增效产生的概率随着两种表面活性剂分子间相互作用力的增加而增大，因此与阴离子表面活性剂产生加和增效可能性最大的是阴离子-阳离子和阴离子-两性离子表面活性剂复配体系。而阳离子-聚氧乙烯型非离子和阴离子-阴离子复配体系只有在两种表面活性剂具有特定结构时才可能发生加和增效作用。

4.2 疏水基团的影响

随表面活性剂疏水基碳链长度的增加，β会变得更负，当两种表面活性剂碳链长度相等时，混合单分子层中分子间的相互作用参数最大，吸引力最强。而混合胶束中的β值则随着碳链长度的总和的增加而增加。

4.3 介质PH值的影响

两性表面活性剂在水溶液中的例子类型随介质PH值的变化而有所不同。当溶液PH值低于等电点时，以阳离子形式存在，通过阳离子与阴离子表面活性剂发生作用。因此当介质的碱性或PH值增加，两性表面活性剂逐渐转变为电中性分子，甚至于负离子，与阴离子表面活性剂的相互作用力降低。

基于同样的原因，两性表面活性剂本身碱性较低，获得质子的能力差，则与阴离子型表面活性剂的相互作用也较低。

4.4 添加无机电解质的影响

无机电解质的天加，会使离子型表面活性剂与聚氧乙烯型非离子表面活性剂混合体系中分子间相互作用力降低，这说明此两类表面活性剂分子间存在着静电力的作用。温度的影响：通常情况下，在10-40度范围内，分子间的作用力随温度的升高而降低。

5 相互作用参数β的意义

相互作用参数β的受很多因素的影响。了解了该参数的含义和影响因素后，需进一步利用它判断两种表面活性剂之间混合后是否存在复配效应，若存在加和增效作用，两者产生最大加和效应时的摩尔比例及该体系的性质又如何。此即引入相互作用参数β的意义。

6 产生加和增效作用的判据

表面活性剂最基本的性质是降低表面张力和形成胶束，衡量表面活性剂活性大小主要是考察其溶液表面张力降低的程度和临界胶束浓度的大小。一般情况下，性能优良的表面活性剂能够在较低的浓度下，使溶液的表面张力下降到很低的程度并形成胶束。

6.1 降低表面张力

在降低表面张力方面，加和增效作用是指使溶液的表面张力降低到一定程度时，所需的两种表面活性剂的浓度之和低于单独使用复配体系中的任何一种表面活性剂所需的浓度。如果这个浓度高于其中任何一种表面活性剂所需的浓度，则说明产生了负的加和增效作用。

6.2 形成混合胶束

当复配体系水溶液形成混合胶束的临界胶束浓度低于其中任何一种单一表面活性剂的临界胶束浓度时，即称为产生正加和增效作用；如果混合物的临界胶束浓度比任何一种单一组分的高，则称产生负加和增效作用。

6.3 综合考虑

将降低表面张力和形成混合胶束综合起来看，正加和增效是指两种表面活性剂的复配体系在混合胶束的临界胶束浓度时的表面张力低于其中任何一种表面活性剂在其临界胶束浓度时的表面张力，相反则产生负加和增效作用。

由此可以看出，引入分子间相互作用参数后，可以定性地了解两种表面活性剂分子间的作用情况，是相互吸引还是相互排斥，作用力的强弱如何。并可通过相关公式计算并判断出两种表面活性剂混合后是否产生复配效应，并可进一步求出产生最大加和效应时复配体系的组成，即两种表面活性剂的复配比例，这为表面活性剂复配的应用提供了理论指导。

参考文献

[1] 王正武，李干佐，刘俊诚，等.非理想二元表面活性剂复配增效理論的进一步研究[J].化学物理学报（英文版），2001，14（4）：426-432.