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。     

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。     

表面活性剂蠕虫状胶束缔合体系研究进展

介绍了表面活性剂蠕虫状胶束体系的研究进展情况,包括蠕虫状胶束的生长,稀溶液向亚浓溶液的过渡、粘弹体系的动态特性和非线性粘弹性以及剪切诱导粘弹性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

阳离子三联表面活性剂/NaSS/St蠕虫状胶束及性能

引言蠕虫状胶束是基于非共价键作用的表面活性剂分子的自组装结构[1-2],胶束处于断裂-重新生成的动态平衡中[3-4]。由于其具有独特的流变性质,被广泛应用于清洁压裂中,其中使用的主剂大多为普通单链的阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂及两性离子表面活性剂[5-6]。然而,蠕虫状胶束对温度、离子强度、应力等[7-9]因素的变化过于敏感,     

一种胺基型阳离子表面活性剂的合成及其溶液性能

该文以2-氯乙胺盐酸盐和十八烷基叔胺为原料,合成了一种胺基型阳离子表面活性剂——N-十八烷基-N,N'-二甲基-乙基-1,2-胺。通过IR和1HNMR对其结构进行了确证;并得到优化的合成条件为:物料比nb/na为1.20,反应温度为70℃,反应时间为7 h,p H=7。采用电导法测定不同p H下该表面活性剂的临界胶束浓度(CMC),发现CMC随着p H的降低而减小。该表面活性剂在Na Sal溶液质量分数为1%时,能形成蠕虫状胶束。流变性能测试表明,体系具有蠕虫状胶束的剪切稀释性特征和凝胶特性,同时具有p H响应,能在酸性条件下增黏,是一种智能型蠕虫状胶束体系。     

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。     

十四烷基三甲基溴化铵蠕虫状胶束的形成及其线性黏弹性

以阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)溶液作为反应主剂,油酸钠(NaOA)溶液作为反应助剂,制备得到了TTAB/NaOA蠕虫状胶束,并研究了表面活性剂摩尔比、主剂质量分数对蠕虫状胶束线性黏弹性的影响。结果表明,当主剂TTAB与助剂NaOA的摩尔比为2.6∶1～4.6∶1,TTAB质量分数在7%～16%之间时,溶液中均有蠕虫状胶束形成。当主剂TTAB与助剂NaOA的摩尔比为4.2∶1,TTAB质量分数为14%时,零剪切黏度可达到最大值即为η₀=15 324 mPa·s,且溶液体系的平台模量G₀和弛豫时间τ_R也达到最大值,此时溶液体系中蠕虫状胶束长度最长,网络结构最为紧密,并呈现出良好的线性黏弹性。由上述溶液体系的实际Cole-Cole图表明本文探讨研究的蠕虫状胶束体系是符合麦克斯韦模型的线性黏弹性流体。     

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。     

一种胺基型阳离子表面活性剂的合成及其溶液性能研究

该文以2-氯乙胺盐酸盐和十八烷基叔胺为原料,合成了一种胺基型阳离子表面活性剂——N-十八烷基-N,N’-二甲基-乙基-1,2-胺,通过IR和1HNMR对其结构进行了确证,并得到了优化的合成条件：物料比nb/na 为1.20,反应温度为70 oC,反应时间为7 h,pH为7。此外,采用电导法测定了该种表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)随着pH的降低而减小。该表面活性剂在NaSal质量百分浓度为1%条件下,能形成蠕虫状胶束。流变性能测试表明,体系具有蠕虫状胶束的剪切稀释性特征和凝胶特性,同时具有pH响应,能在酸性条件下增黏,是一种智能型蠕虫状胶束体系。     

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。     

新型双子表面活性剂的合成及其表征

以N,N-二甲基乙醇胺、2,4-甲苯二异氰酸酯、十四烷基溴为主要原料,采用N-甲基吡咯烷酮作溶剂,由氨酯化反应和季铵化反应二步构成,合成了溴化[甲苯-2,4-双氨基甲酸-(N-乙酯基二甲基十四烷基)铵]。用红外光谱和核磁进行了目标产物的结构表征。目标产物的水溶液在20℃的表面活性数据为:ccm c=0.12 mmol.L-1,γcm c=27.0 mN.m-1。目标产物与十二烷基磺酸钠(SDS)复配产生了协同效应,在目标产物与SDS的摩尔比为1∶2时的表面活性数据为:ccm c=6.5×10-2mmol.L-1,γcm c=25.0 mN.m-1。     

羧酸盐型表面活性剂对功能化Gemini表面活性剂流变性质的影响

利用稳态和动态剪切实验考察了功能化Gemini表面活性剂1,3双-(二羟乙基十二烷基溴化铵)-丙烷[简写为12(2OH)-3-12(2OH)·2Br]与传统阴离子表面活性剂(十二酸钠、十四酸钠和十六酸钠)混合体系在25℃下的流变性质。12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的浓度为50 mmol/L时,十二酸钠、十四酸钠和十六酸钠均可以增强溶液的黏弹性。十二酸钠与12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的混合摩尔比β为0.3时,溶液的零剪切黏度η0出现最大值,为12.35 Pa·s,平台模量G'∞为31.88 Pa;β=0.4时,G'∞值为14.67 Pa。混合体系的黏弹性顺序为:十二酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br十四酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br十六酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br。改变12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的浓度到60 mmol/L且十二酸钠/12(2OH)-3-12(2OH)·2Br的混合摩尔比β为0.3时,零剪切黏度η0和平台模量G'∞均增大,分别为33.92 Pa·s和46.41 Pa。     

表面活性剂聚集体的流变性质

以流变学基础知识为出发点，系统综述了胶束、微乳液，溶致液晶（层状、六角状、立方状），囊泡、虫状胶束等表面活性剂聚集体的流变性质及其剪切诱导结构转变现象的研究现状，总结了自流变性质的特点和理论模型，对具有黏弹性的表面活性剂活性剂聚集体进行了较为详细的论述，胶束稀溶液和微乳液多为牛顿流体；溶致液晶为非牛顿流体，有应力服价值和较高的黏弹性，囊泡的弹性性质比较突出，；虫状胶束体系具有非线性黏弹性，易形成网络结构；层状液晶、囊泡和虫状胶束等结构在剪切作用下能发生变化。这些结论对指导表面活性剂的研究和应用有重要意义。     

黏弹性双子表面活性剂压裂液的制备及性能评价

考察了阴离子双子表面活性剂SA系列及水杨酸钠对阳离子双子表面活性剂SC-18溶液黏弹性的影响。黏弹性表面活性剂的基础配方为:1%SA-12+1%SC-18+0.5%水杨酸钠。该压裂液体系可满足井温小于100℃的低渗透油藏的压裂改造。该压裂液具有较好的抗剪切能力,170s~(-1)下剪切2h后,黏度保留率大于80%;破胶后黏度小于5 mPa·s,表明该配方具备优异的破胶性能;破胶后均无残渣;石英砂在压裂液的沉降速度满足压裂液性能要求。