表面活性剂及其复配体系

表面活性剂及其复配体系

摘要：本文主要介绍了表面活性的种类、特性以及复配方法。并着重介绍了复配体系的复配方法、性能以及应用用于学习交流。

关键词：阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂复配体系

一、表面活性剂结构特征及分类

表面活性剂是指既具有亲水性又具有亲油性，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。它是一大类有机化合物，他们的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，有很大的实用价值和理论意义。为了达到稳定，表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式：

1.在液面形成单分子膜

将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥。而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。

2.形成“胶束”

胶束可为球形，也可是层状结构，都尽可能地将疏水基藏于胶束内部而将亲水基外露。这类表面活性剂具有增溶作用。如溶液中有不溶于水的油类（不溶于水的有机液体的泛称），则可进入球形胶束中心和层状胶束的夹层内而溶解。

按表面活性剂溶于水时的电性特征，表面活性剂可分为：

①阴离子表面活性剂②阳离子表面活性剂③非离子表面活性剂④两性离子表面活性剂

二、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。这种复配表面活性剂表现出的比单一表面活性剂更为优越的性能现象，被称为表面活性剂协同增效作用。表面活性剂复配体系的组成有多种选择，下面列举几种常见的复配方式：

1.非离子与离子表面活性剂复配

这种混合体系已经得到广泛的实际应用，但目前缺乏其作用机理的规律性认识。一般认为非离子表面活性剂的加入使得离子表面活性剂间的斥力减弱，从而促进了胶团的形成。有研究表明，阴离子表面活性剂—非离子表面活性剂体系的相互作用强于阳离子—非离子表面活性剂体系。

2.表面活性剂和强键接反离子

强键接反离子是与表面活性剂带相反电荷的小分子，常见的如水杨酸根离子、对甲苯磺酸根离子等。它与表面活性剂的复配体系能显著提高其粘度

3.阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的混合

研究表明，在所有表面活性剂复配系统中，阴、阳离子表面活性剂复配系统（C-A复配系统）具有最强的协同作用。阴、阳离子表面活性剂复配系统，由于其带有相反电荷的离子头基间的强静电相互作用，具有强的协同效应和高表面活性，在水溶液中可形成丰富的微观结构，表现出复杂的相行为。该体系长期未得到重视的一个主要原因也正是因为存在于表面活性剂极性头之间的强的作用力容易使得其在水中生成沉淀或絮状物。

三、对阴-阳离子表面活性剂复配体系（C-A复配系统）的深入研究

近年来对C-A复配体系的研究主要集中在表面活性、微观结构和相行为等几个方面。首先，C-A复配体系，由于带相反电荷的极性头之间的强静电作用，使得该体系的表面活性大大提高，在溶液的界面或表面上具有很强的吸附能力。一般来讲，表面活性剂的表面活性随着极性基增大而增大，但与单一体系相比，在C-A复配体系中这种规律不是很明显。由此可以看出阴、阳离子表面活性剂分子相互作用之强，以致于掩盖了极性基体积的影响。

1.微观结构

C-A复配体系的水溶液有丰富的微观结构，包括从球状、棒状、蠕虫状胶束，层状、片状、带状，液晶，囊泡和沉淀等等。

下面主要对C-A复配体系中蠕虫状胶束的形成条件进行了研究。在阴阳离子表面活性剂复配体系中，由于阴阳离子表面活性剂相互作为反离子发生更加强

烈的结合，更易形成棒状胶束（蠕虫状胶束）。如十二烷基三丁基溴化铵和十二烷基硫酸钠混合液粘度很大，几乎不能流动，并有剪切稀释现象。蠕虫状胶束的剪切粘度与剪切速率的关系曲线呈现相图的形状，即在很低的剪切速率下剪切粘度的大小基本不变，在高剪切速率下，剪切粘度随着剪切速率的增大而减小，出现剪切稀释现象。

2.相行为

对于C-A复配体系相行为的研究主要是其形成的双水相体系。当将阴、阳离子表面活性剂在一定条件（温度、配比、总浓度等）下进行混合时，其水溶液可以自发地分离成两个互不相溶的且具有明确相界面的水相，这种体系被称为阴阳离子表面活性剂双水相（ATPS），简称表面活性剂双水相。除了阴阳离子表面活性剂双水相体系外，还有非离子表面活性剂双水相体系和阳离子表面活性剂双水相体系。下面，主要对CTAB/AS/H2O复配体系的双水相的形成进行研究。其中相区1和4是双水相区，其他是单向区或非均相区

3.浓度及配比对CA复配体系粘度的影响

通过比对不同浓度配比下粘度的差距，找出C-A复配体系的最佳配比。阴阳离子表面活性剂的复配体系的粘度与其单组分相比粘度较大，而且当两种表面活性剂的配比合适时，将会出现粘度的极大值。即适当浓度下不等比例（其中一种只占总量少部分）配合依然会产生很高的表面活性与增效作用。一种表面活性剂组分过量很多的复配物较等摩尔的复配物的溶解度大得多，溶液因此不易出现混浊，这样就可采用价格较低的阴离子表面活性剂为主，配以少量的阳离子表面活性剂得到表面活性极高的复合表面活性剂。

四、表面活性剂及其复配体系的应用价值

目前，表面活性剂复配体系的研究与应用已形成热点。如表面活性剂与无机物、高聚物或表面活性剂之间复配等，其目的是提高含表面活性剂配方的性能，优化使用并提高经济效益。

参考文献

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