蠕虫状胶束的黏弹性及其应用

文章主要叙述了在流变性上具有其特有性质的一种非常重要的表面活性剂聚合结构,即黏弹性蠕虫状胶束的重要应用。其内容包括了由阴离子,两性离子和高分子表面活性剂形成的相应体系。应用范围更是涉及了油田化学品,药物减水剂和个人护理品及家居用品的增浓等。     

pH对油酸钠/盐酸三乙胺蠕虫状胶束流变性质的影响

用流变学方法研究了pH对油酸钠/盐酸三乙胺(NaOA/Et3NHCl)蠕虫状胶束溶液流变性质的影响。通过稳态剪切和动态流变实验发现,30℃时,NaOA(0.12 mol/L)/Et3NHCl(0.2 mol/L)溶液在pH=8.20~9.40循环变化时,pH对溶液黏度的改变具有"开关"效应,可实现黏度在3~27 649 mPa·s时反复变化3次以上。体系在pH=8.55~9.02时为蠕虫状胶束,其流变行为符合Maxwell模型。这种溶液流变性对pH的响应行为是由于pH对反离子Et3NH+与NaOA的相互作用影响而产生的。当pH降低时,反离子Et3NH+的离子势增大,导致胶束表面电荷密度降低,蠕虫状胶束进一步增长。当pH=8.64,胶束因相互吸引而析出。而在初始条件下,升高pH=9.40,反离子Et3NH+从胶束中解吸出来,蠕虫状胶束受到破坏。     

新型拟双子表面活性剂构筑的蠕虫状胶束及其pH和温度响应行为（英文）

将短链二元酸(丁二酸(SA)、戊二酸(GA)、己二酸(AA))和长链N-(3-(二甲基氨基)丙基)硬脂酰胺(C18N3N)以1∶2的摩尔比混合,通过静电相互作用,构筑了三种新型的拟双子表面活性剂。该过程无需复杂的合成。通过表面张力仪和流变仪测试了该系列表面活性剂的表面活性和流变性能。结果发现,2C18N3N/GA拟双子表面活性剂的cmc为4.60×10^-5 mol/L,该值远低于传统双子表面活性剂,说明构筑的拟双子表面活性剂2C18N3N/GA具有很强的胶束聚集能力,2C18N3N/SA和2C18N3N/AA体系也具有类似的特征。在浓度超过50 mmol/L时,该系列表面活性剂可形成蠕虫状胶束,溶液表现出黏弹行为,且黏弹溶液具有较好的耐温耐剪切性能。还考查了上述黏弹溶液的pH和温度响应性,发现体系pH为6.1时,溶液黏度很高,pH为4.0或9.3时,黏度下降。随着温度的升高,体系的黏度也会迅速增加。在60℃时,该体系的零剪切黏度可高达11 967.73 Pa·s。该表面活性剂制备简单,性能优良,拓展了新型表面活性剂的制备方法和应用范围。     

水相和特殊介质中有序聚集体的结构、性质和应用(Ⅱ)——表面活性剂蠕虫状胶束

综述了近来关于表面活性剂蠕虫状胶束相态、平衡状态和动态的理论和实验结果以及应用冷冻蚀刻电镜照片直接观察到其结构。在一定条件下,表面活性剂在溶液中能可逆地缔合成为一种长的、有柔性的、甚至网状的蠕虫状胶束。它们具有类似柔软的高聚物溶液的线性黏弹性质,然而蠕虫状胶束经历裂解和再组合过程而表现复杂的流变性。最后介绍了蠕虫状胶束在油田、减阻剂和日用化工等方面的应用。     

AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性研究

采用流变学方法分别考察了脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)质量分数、碳酸钠(Na_2CO_3)质量分数、AES水解和温度对AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性能的影响。结果表明,Na_2CO_3的加入可以促进AES蠕虫状胶束的生长。与氯化钠相比,碳酸钠对AES溶液的增黏机制更加复杂。碳酸钠加量小时,反离子Na~+作用小而增黏能力弱;加量高的碳酸钠溶液碱性强,可拟制AES水解,导致活性分子数量增加,表现出较强的增黏能力。同时发现,缩短AES酸性水解时间,有利于改善蠕虫状胶束体系的黏弹性。随着温度升高,AES/Na_2CO_3体系黏弹性逐渐减弱,超过70℃后,体系呈黏性流体。     

芥酸钾/三羟乙基苄基氯化铵蠕虫状胶束的黏度行为

以阴离子表面活性剂芥酸钾(KEU)与有机反离子三羟乙基苄基氯化铵(BTHEAC)通过自组装形成的蠕虫状胶束为主要研究对象,苯乙烯与N,N-孪尾取代丙烯酰胺(DiC_nAM)为可聚合单体,偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐(VA-044)为引发剂,在一定温度下,合成了系列增溶单体并聚合的蠕虫状胶束,通过黏度法研究了该合成条件对蠕虫状胶束表观黏度的影响。结果表明,当单体增溶并聚合后,蠕虫状胶束表观黏度显著增大。当苯乙烯的浓度为0.02mol/L、摩尔比n(KEU):n(BTHEAC)=5:3、n(苯乙烯):n(DiC₈AM)=5:2时,合成的蠕虫状胶束表观黏度最大,为1320mPa·s,明显大于KEU/BTHEAC蠕虫状胶束的表观黏度,且耐温性能良好。     

NaSal/NaCl诱导阳离子蠕虫状胶束的形成及流变性研究

以阳离子三联表面活性剂双(2-羟基-二亚甲基醚)-α,ω,γ-三(十六烷基二甲基氯化铵)(TrimerC16)为主剂,水杨酸钠(Na Sal)为有机反离子,氯化钠(Na Cl)为无机反离子,制备了阳离子蠕虫状胶束体系。利用电导率-表观黏度法研究了TrimerC16的相行为,考察了不同有机反离子Na Sal、苯甲酸钠(Na BENZ)及甲酸钠(Na FM)对TrimerC16克拉夫特温度(Tk)的影响,通过动态流变手段研究了TrimerC16/Na Sal/Na Cl的流变行为,并采用表观黏度法考察了温度(T)及剪切时间(ts)对该体系表观黏度(ηa)的影响。结果表明:TrimerC16的临界囊泡浓度(CVC)为0.015 mmol?L?1,临界胶束浓度为0.042mmol?L?1;三种有机反离子对TrimerC16的Tk影响大小顺序为:Na SalNa BENZNa FM;剪切速率(r′)为100 s?1时,TrimerC16/Na Sal/Na Cl体系的黏度仍高达70 m Pa·s;T=100℃时,转速为50 r?min?1下,TrimerC16/Na Sal/Na Cl体系的ηa为61.8 m Pa?s,而同一测试条件下,相同摩尔浓度的单链表面活性剂胶束体系的ηa已接近水的黏度。TrimerC16/Na Sal/Na Cl蠕虫状胶束体系耐较高温、耐剪切且破胶彻底。     

蠕虫状胶束的性能研究进展与油田应用

基于现今蠕虫胶束在油田领域的重要应用,综述了当前对可形成蠕虫状胶束体系的流变学性能和响应外界刺激性能的研究进展。可形成蠕虫状胶束的体系对多种内外环境的改变刺激敏感,胶束会发生重组或断裂,产生明显的性能变化,如黏弹性和应力反应等流变特性的变化,体系在牛顿流体与非牛顿流体间转变。其具备多功能性和简单的设计原则等优点。介绍了凭借这些优点与特性其在油田开采中的研究应用情况。最后展望了其多方面的应用前景与可能的未来研究趋势。     

碳量子点掺杂的蠕虫状胶束

以富勒烯生产过程中的副产物炭灰为原料,利用酸回流法制备了表面含有羧基的碳量子点(CQDs)。将所制备的CQDs代替传统有机酸,发现其与十四烷基二甲基氧化胺(C_(14)DMAO)在水溶液中能形成蠕虫状胶束。考察了CQDs质量浓度、pH等对蠕虫状胶束流变性质的影响。结果表明,CQDs质量浓度的增加和溶液pH值的降低均有利于蠕虫状胶束的形成。利用低温透射电镜可以原位地观察到蠕虫状胶束和CQDs的存在。CQDs外围-COOH解离出的H~+可以使C_(14)DMAO质子化为C_(14)DMAOH~+,而C_(14)DMAOH~+与C_(14)DMAO之间形成的氢键是蠕虫状胶束形成的主要驱动力。以上结果表明,CQDs可以有效地诱导C_(14)DMAO形成蠕虫状胶束。     

油酸钠蠕虫状胶束的性质及驱油效率研究

分别通过稳态、动态流变的方法和冷冻蚀刻透射电镜、室内模拟驱油实验和平板夹砂微观模型驱油实验,研究了由碳酸钠诱导形成的油酸钠蠕虫状胶束的流变学性质及形貌和蠕虫状胶束驱油配方的驱油效果及驱油微观机理。结果表明,在油酸钠(NaOA)溶液中,加入一定量的Na2CO3能够形成蠕虫状胶束;孤岛东区稠油注聚驱后,蠕虫状胶束驱油配方(w/%,1.83 NaOA 4.24 Na2CO3)的室内模拟驱油可提高采收率25%原始石油地质储量(OO IP);平板夹砂微观驱油模型显示蠕虫状胶束驱油体系进入模型中,能够使注聚后束缚残余油重新启动、变形,渐渐形成油墙向出口处运移,蠕虫状胶束驱油体系能够有效扩大波及体积,提高洗油效率,从而提高驱油效率。     

Gemini表面活性剂黏弹性流体的流变性研究

C16-4-C16阳离子Gemini表面活性剂在NaCl和NaSal两种盐的作用下,可以形成蠕虫状胶束的黏弹性流体。采用流变仪研究了浓度、温度、剪切速率、剪切时间等因素对该流体黏度的影响,结果表明,2wt%的C16-4-C16流体在120℃下的零剪切黏度仍可达60mPa·s以上,而在80℃、170s~(-1)下剪切2 h黏度维持160mPa·s基本不变,说明该流体具有较强的耐温耐剪切性。触变实验的结果清楚地显示出该流体在不同的剪切作用下,蠕虫状胶束的形成与破坏是个可逆的过程。蠕虫状胶束间相互缠绕形成的网络结构,使流体具备了优异的黏弹性,高频有利于胶束储存能量,展现弹性形变;随着温度的升高,体系由弹性为主逐渐转变成了黏性较高的黏弹体,在60℃下黏性和弹性相当,展现了理想的Maxwell黏弹性流体的行为。     

AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性研究

采用流变学方法分别考察了脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)质量分数、碳酸钠(Na_2CO_3)质量分数、AES水解和温度对AES/Na_2CO_3蠕虫状胶束溶液流变性能的影响。结果表明,Na_2CO_3的加入可以促进AES蠕虫状胶束的生长。与氯化钠相比,碳酸钠对AES溶液的增黏机制更加复杂。碳酸钠加量小时,反离子Na⁺作用小而增黏能力弱;加量高的碳酸钠溶液碱性强,可拟制AES水解,导致活性分子数量增加,表现出较强的增黏能力。同时发现,缩短AES酸性水解时间,有利于改善蠕虫状胶束体系的黏弹性。随着温度升高,AES/Na_2CO_3体系黏弹性逐渐减弱,超过70℃后,体系呈黏性流体。     

简述离子表面活性剂构筑蠕虫状胶束的研究现状

粘弹性蠕虫状胶束具有特殊的微观结构,其流变性能在不同领域具有重要的应用。本文介绍了表面活性剂构筑的蠕虫状胶束的结构特点、应用及研究现状。传统离子表面活性剂构筑蠕虫状胶束通常需要一些外加作用,Gemini表面活性剂因其结构优势,可以自身形成蠕虫状胶束。     

十二烷基三甲基溴化铵/醇/庚烷/水微乳化作用研究

以铁氰化钾为电化学探针,用循环伏安法测定了十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)/醇/庚烷/水体系微乳液的扩散系数,同时用电导率法研究了微乳液的结构及结构转变。绘制了不同条件下DTAB微乳体系的拟三元相图,探讨了体系的微乳化作用规律,考察了醇的种类、含量对微乳区形成的影响。结果表明,当醇(正丁醇)固定时,随着醇含量增加,微乳区面积先增大后减小;醇的链长不同,体系的微乳区类型及面积分数均不同,随着醇碳链的增长,微乳区面积先增大后减小。     

烷基三甲基溴化铵添加剂对十二烷基硫酸钠水溶液表面活性的影响

研究了烷基三甲基溴化铵（Ｃ１２ＴＡＢ或Ｃ１４ＴＡＢ）作为添加剂对十二烷基硫酸钠（ＳＤＳ）水溶液表面活性的影响。实验结果表明,复配体系胶束生成和表面张力降低效率的局部增效均发生在Ｃ１２ＴＡＢ或Ｃ１４ＴＡＢ加入量仅约为ＳＤＳ的１／１００（Ｘ１≈０．０１）时。对于以ＳＤＳ为主成分的二元复配应用体系,当要求具有较高胶束生成能力或较高表面张力降低能力时,以添加烷基链长对称匹配的Ｃ１２ＴＡＢ为好;若希望具有良好的表面张力降低效率,则应加入单组分表面活性较高的Ｃ１４ＴＡＢ。     

一种氧化胺表面活性剂pH响应蠕虫状胶束流变行为研究

利用流变学方法研究了不同pH条件下两性表面活性剂α-羧基十三烷基二甲基氧化胺(CTAO)在水溶液中的聚集行为。实验结果表明,在温度25~60℃区间内,浓度范围为55~125 mmol/L,溶液pH=6.0~6.7时,无需任何添加剂CTAO水溶液即可形成蠕虫状胶束,其流变行为符合Maxwell模型,零剪切黏度最高可达26.5 Pa·s。在溶液pH7的条件下,分子在溶液中的存在形式发生改变,分子间作用的斥力增加,蠕虫状胶束转变为球状胶束,其黏度接近于水,零剪切黏度约是pH=6.2时的1/4 000。该pH响应蠕虫状胶束体系仅由CTAO溶于水形成,其相变pH范围窄,具有制备容易、体系简单、流变性能变化显著的特点。     

表面活性剂的性能与应用(Ⅷ)——表面活性剂的蠕虫状胶束及其应用

首先简单介绍了表面活性剂蠕虫状胶束的结构和形成,列出了常见的表面活性剂蠕虫状胶束体系,重点阐述了蠕虫状胶束的基本性质和常用的研究手段,最后着重综述了表面活性剂蠕虫状胶束在采油领域的应用。     

可逆表面活性剂十一烷基二茂铁三甲基溴化铵的合成、表征及其电化学行为的研究

以傅克反应与氨基化反应为主要方法,合成了阳离子型表面活性剂十一烷基二茂铁三甲基溴化铵(简称FTMA)。核磁共振氢谱与碳谱分析结果表明,FTMA的分子结构与理论结构相吻合,色谱纯度为97%;通过铂金板法测定了30℃下FTMA在还原态与氧化态(FTMA+)下的临界胶束浓度(CMC)分别为0.6 mmol/L与1.0mmol/L,两种状态表面活性发生了大幅度变化;采用循环伏安法考察了FTMA在0.2 mol/L L i2SO4溶液中的电化学性能,FTMA氧化峰和还原峰电位分别为0.457 0 V和0.416 8 V(vsSCE),峰电位之差ΔEp=40.2 mV,峰电流之比Ipa/Ipc=1.26,显示出良好的电化学可逆变化特性,并用电化学方法完成了FTMA在还原态与氧化态之间的转换。结果表明,FTMA可通过电化学"开关"控制其表面活性态和非表面活性态之间的可逆变换,是一种新型的可用于可逆增溶修复过程的表面活性剂。     

以十二烷基三甲基溴化铵为模板制备高度有序的介孔二氧化硅材料

以长碳链阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵为模板,可制得高度有序的介孔二氧化硅材料,而碳链较短的表面活性剂如十二烷基三甲基溴化铵,由于其表面活性较差,以其为模板难以制得有序介孔二氧化硅材料.以十二烷基三甲基溴化铵为模板剂,考察了不同硅源、碱源以及pH值对介孔材料结构的影响,采用XRD、FTIR、SEM、HRTEM和N2物理吸附等手段分别对产物的晶体结构、织构性质、形貌和孔道结构进行表征.结果 表明,以正硅酸乙酯为硅源,在有机碱四甲基氢氧化铵存在下,以十二烷基三甲基溴化铵为模板,制得了具有规整六方结构的高度有序介孔二氧化硅材料,其孔径和晶胞常数分别为2.25 nm和3.72 nm.     

硫酸铵-碘化钾-十二烷基三甲基溴化铵-水体系浮选分离镉(Ⅱ)的研究

研究了硫酸铵一碘化钾-十二烷基三甲基溴化铵-水体系浮选分离镉(Ⅱ)的行为及其与常见离子分离的条件.结果表明,当固体(NH4)2SO4用量为1.0g,0.10mol/L碘化钾溶液和5.0×10-3mol/L十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)溶液的用量均为1.0mL时,体系中形成的不溶于水的三元缔合物(DTAB)2(Cdl4)可浮于盐水相上形成界面清晰的两相,从而Cd2 被定量浮选,而Zn2 、Mn2 、Ni2 、Co2 、Fe2 、Al3 等在此条件下不被浮选,实现了Cd3 与这些离子的定量分离,据此建立了浮选分离镉(Ⅱ)的方法.该方法对合成水样中微量镉进行了定量浮选分离,浮选率为97.1%～103.0%.