表面活性剂、表面活性物质和低界面张力的含义和超低表面张力的工业应用

表面活性剂、表面活性物质和低界面张力的含义和超低表面

张力的工业应用

1. 表面活性剂

“表面活性剂”一词泛指具有一定性质、结构和界面吸附性能，能显著降低溶剂表面张力或液／液界面张力的一类物质。从热力学的角度来看，表面活性剂溶液是一种有组织的溶液，而Shinoda定义的理想的有组织溶液的必要与充分条件为：(1)溶质单体的溶解度低；(2)溶质相溶胀进大量的溶剂；(3)溶质处于液态或液晶态(溶剂化溶质)；(4)溶质的分子量或聚集数高，在溶质分子内或分子间有强的引力。

1.1 表面活性剂的结构特点

从结构上看，表面活性剂分子是由极性的亲水基(或憎油基)和非极性的亲油基(或憎水基)两部分组成，这种结构使活性剂具有两亲性。但表面活性剂分子以分子状态分散的浓度是较低的，在通常使用浓度下，大部分形成胶束(缔合体)而溶存；当溶液与另一相邻接时，基于官能团的作用，表面活性剂分子将在界面上产生选择性定向吸附，使界面的状态或性质发生显著变化。表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能，广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。因此，各行各业从不同的角度关心表面活性剂的研究和应用。

2. 表面活性物质

表面活性物质是指那些加人到溶液中, 能显著降低溶液表面张力的物质。有的溶质使溶液的表面张力系数减小，此溶质称为表面活性物表面张力来自于什么？分析液体的表面层是介于空气和液质，水的表面活性物质常见的有胆盐、有机酸、酚醛、肥皂等。液量的表面活性物质可以在很大程度上影响液体的表面性质，显著降低表面张力，它还具有溶解、乳化、润湿、起泡、消泡等作子间距离大，分子间没有作用力（气体分子间没有作用力）。例如肥皂可以增加溶解，将衣服中的污渍溶解到水中。

2.2表面活性物质的结构特点

表面活性物质有两个共同特点：一是化学结构上的两亲分子即分子的一端亲水称为亲水活性基另一端亲油或亲气称为憎水的非极性基，结构上具有多接触点，与某些物质具有亲和性，活性较大。

3. 超低表面张力

当界面张力落在0.1mN·m-1～0.001mN·m-1范围称为低界面张力，高于上限为高界面张力，低于下限为超低界面张力。低界面张力现象首先为已故表面化学家HarKins所报道，

1926年，HarKins和Zollman在研究油酸钠降低苯—水体系界面张力时发现，往体系中加入NaOH和NaCl可使界面张力进一步降低，如往体系中各加入0.1mol·dm-3 NaOH和NaCl，则苯/水界面张力从35.0mN/m降至0.04mN/m，降低幅度高达三个数量级，但当时由于测定方法限制及生产实际上尚无迫切要求。因此，该发现并未受到足够重视，直到上世纪30年代，Vonnegat，首先应用旋转滴法成功地测得了低界面张力，同时更由于三次采油研究的发展，低界面张力的现象才引起人们的兴趣。从理论上讲，在保持其他条件不变时，若能降低界面张力，则注水驱油的效率便可大大提高，这也是低界面张力问题引起极大兴趣的重要原因，此外，这种现象的原因仍是科学之谜，这必然引起科学家们的好奇心。

3.1 超低界面张力的应用领域

超低界面张力最主要的应用领域是在增加原油采集率和形成微乳状液，而提高原油采收率的化学方法之一是在注水时加入表面活性剂使油水界面张力降低，所加的表面活性剂应是来源丰富且价格低廉。为此，研究最多的是石油磺酸盐。该表面活性剂溶液的组成是：水、表面活性剂、盐，加入油相后，便产生由油、水、表面活性剂、盐组成的低界面张力体系，其中油相包括各种烃类，如烷烃、不饱和烃、芳香烃、环烷烃及其混合物，表面活性剂可以是单一组分或混合物，盐类包括各种水溶性无机盐

参考文献：

傅献彩等。表面物理化学。物理化学（第五版）下册，高等教育出版社，2006。301~399

王建坤，张洪凯，红秋。表面活性剂动态表面张力研究。化工科技，2005，13(2)：39~42 李本刚，陈正国。表面活性剂溶液动态表面张力及吸附动力学研究。化学进展，2005.3

杨金华，曹亚，李惠林。高分子表面活性剂与原油形成超低界面张力的研究。精细化工，1999