烷基甜菜碱类两性离子型表面活性剂胶束化行为的分子模拟研究

以两性离子型表面活性剂甜菜碱为研究对象,采用粗粒度分子动力学方法,构建不同结构的烷基甜菜碱模型,考察其联结基团和疏水尾链对溶液体系中自聚体的溶液行为的影响,分析了自聚体胶束的弯曲角分布、相对形状各异性以及径向分布函数等参数,探究了球形、棒状、分支状胶束的形状转变机制。研究结果表明,随着浓度的增加,在联结基团的作用下,两性离子型表面活性剂分子发生弯曲,小胶束交联融合形成棒状—分支状胶束转变;疏水尾链长度增加会导致胶束体积变化从而降低分子间相互作用,小胶束易融合形成球形—棒状胶束的形状转变。文章为相似体系下的理论探索提供了一种创新的思维角度,对两性离子型表面活性剂的研究和应用有一定的指导意义。     

温度和剪切协同作用对十六烷基三甲基氯化铵溶液表观黏度的 影响

深入研究表面活性剂的流变特性，对于理解湍流减阻机理和改进制药、化工等领域的产品质量具有重要意义。本文研究了相同升温速率、不同剪切速率以及相同剪切速率、不同升温速率对阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）溶液表观黏度的影响。研究表明：当温度较低时，剪切速率对表面活性剂溶液表观黏度的影响起主导作用；随着温度的升高，高温对胶束的影响增强导致溶液在高温处出现剪切稀化现象。当浓度为0.3125mmol/L时，溶液临界温度随剪切速率的升高保持恒定；但当浓度升高至0.6250～1.2500mmol/L时，在高温和高剪切的作用下，黏度曲线出现“平台”和短暂的增稠现象。对于中等浓度表面活性剂溶液，浓度升高导致蠕虫状胶束出现分支并抑制了“平台”的产生；随着升温速率的增大，胶束结构的响应时间滞后于升温速率，但当γ=150s^?1时，滞后效应减弱，高剪切对胶束结构的破坏占主导作用。     

用流变学方法研究铝离子存在时阴离子表面活性剂胶束的生长和结构(英文)

表面活性剂溶液的流变行为是影响表面活性剂应用的重要因素之一。用流变学方法 ,通过测定溶液在不同浓度和温度时的剪切粘度和应力研究了铝离子存在时阴离子表面活性剂十二烷基聚氧乙烯 (3)硫酸钠 (AES)胶束的生长和结构。结果表明 ,升高表面活性剂和盐的浓度或降低温度都可以促进胶束的生长 ,并且形成虫状胶束和网络结构 ;溶液的流变行为不符合Maxwell模型 ,表现为非线性粘弹性和非牛顿流体     

石油磺酸盐胶束的形貌表征及影响因素

针对新疆克拉玛依油田实际注入的阴离子表面活性剂石油磺酸盐KPS进行胶束化行为研究,确定了KPS的临界胶束浓度(cmc),明确了盐度对临界胶束浓度的影响,考察了微观条件下浓度、盐度、pH、温度等影响因素对KPS聚集体尺寸及形貌的影响。结果表明,室温条件下,KPS水溶液的cmc为0.017%且溶液中无机盐会促进胶束的自组装能力;浓度对KPS聚集体尺寸及形貌均有不同程度的影响,KPS浓度增加,形貌由球形胶束向球形多腔囊泡转化;KPS胶束耐盐性能较差,即无机盐中阳离子价态会影响KPS聚集体尺寸及形貌;此外,KPS胶束聚集体的耐酸性较差,耐碱性较好且温度能够影响KPS聚集体尺寸及形貌,呈现先增大后减小的规律。     

一种界面活性剂减阻溶液的流变特性

利用ARES流变仪对具有湍流减阻作用的阳性界面活性剂CTAC/NaSal水溶液的剪切黏度进行了测量。溶液的质量浓度范围为5×10-5 ～2×10-4,温度范围为20～40℃。对实验数据的分析发现,Giesekus模型可较好地拟合不同浓度和温度下界面活性剂溶液的剪切黏度。得到了不同溶液浓度下Giesekus模型参数与温度的关联式,从而揭示了溶液减阻特性与其流变特性的内在联系。利用对向喷嘴装置RFX流变仪对CTAC/NaSal水溶液的拉伸黏度进行了测量。     

十六烷基三甲基氯化铵和水杨酸钠胶束水溶液的黏度特性

研究了工业级十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)与水杨酸钠(NaSal)在乙二醇-水中形成胶束水溶液的黏度特性.分别考察了CTAC和NaSal浓度、乙二醇体积分数以及温度对形成胶束水溶液黏度规律的影响.结果表明,在乙二醇-水介质中,在一定NaSal浓度下,随CTAC质量浓度增大,胶束溶液的相对黏度将提高并出现最大值.乙二醇可弱化胶束结构强度,胶束溶液黏度随乙二醇含量的增加而降低.乙二醇体积分数低于15%时可形成黏度较大具有黏弹性的胶束体系;当乙二醇体积分数达到20%时,胶束水溶液黏度接近于溶剂黏度.在298 K～333 K内,CTAC与NaSal胶束溶液的黏度随温度升高而降低.     

电导法测定阳离子型表面活性剂临界胶束浓度实验研究

采用电导法测定一定温度下不同浓度的十四烷基三甲基氯化铵(TTAC),十六烷基三甲基氯化铵(CTAC),十八烷基三甲基氯化铵(STAC)溶液的电导率值,计算摩尔电导率,研究碳链上碳原子数对表面活性剂临界胶束浓度(CMC)的影响。结果表明:CMC(TTAC)=0.00580 mol/L,CMC(CTAC)=0.0041mol/L,CMC(STAC)=0.0039 mol/L,可知随着碳链上碳原子个数的增多,相应的临界胶束浓度(CMC)呈减小趋势。     

黏弹性表面活性剂及其在油田中的应用

介绍了黏弹性表面活性剂溶液的性质，确定黏弹性表面活性剂性质的测试方法和实验手段，以及其内部微观结构和流变特性等方面的研究成果。当黏弹性表面活性剂溶液浓度增加到某一临界浓度时，球形胶束开始向蠕虫状胶束转变，溶液黏度突然增大，随着浓度的进一步增大，蠕虫状胶束快速生长、增长并形成线型柔性棒状胶束，柔性棒状胶束相互缠绕、粘附甚至融合，形成某种超分子三维网状结构，溶液黏度急剧增加，并表现出较强的黏弹性。概述了黏弹性表面活性剂在油田中的应用，特别是在压裂液、酸液、钻井液及提高采收率等方面的应用，指出了黏弹性表面活性剂广泛运用的前景和尚未解决的问题。     

湍流减阻型聚/表复配体系分子自组装结构及机理的介观分子动力学模拟

采用粗粒化分子动力学模拟方法研究了聚合物/表面活性剂复配减阻添加剂的减阻微观结构及机理,并从分子动力学角度对聚集体的形成过程及其剪切稳定性和在剪切作用下的解体过程进行分析。结果表明：聚合物与表面活性剂(下文简称聚/表)分子间自组装聚集体随浓度升高呈现类“珍珠项链”—“桶珠项链”—“钢筋混凝土”结构的变化规律;复配体系内聚/表分子间的自组装是造成复配溶液减阻性能优于聚合物或表面活性剂单一体系的根本原因。因此,对于湍流减阻型聚/表复配体系的选取,应更侧重于选择聚/表分子间相互连接和组装能力强的体系。     

SDS表面活性剂在纳米尺度多层石墨烯的吸附自组装分子模拟

采用分子动力学模拟分别研究了纯水和电解质溶液中SDS表面活性剂在纳米尺度石墨烯表面的自组装结构,考察了不同石墨烯层数对自组装吸附形态和SDS/石墨烯复合物悬浮密度的影响。模拟结果揭示了上述两种溶剂介质中,SDS的表面自组装结构形态与石墨烯的结构层数有关,增加石墨烯的层数能够加大吸附表面活性剂向溶液中的伸展程度,使表面活性剂自组装结构膨胀。此外电解质存在能够导致SDS表面活性剂在石墨烯表面吸附形态由多层结构向半圆胶束转化。模拟计算进一步发现SDS/石墨烯超分子复合物的悬浮密度随石墨烯层数的增加呈近似线性增加。     

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。     

双子表面活性剂溶液胶束微观结构研究

双子表面活性剂因其高界面活性、低临界胶束浓度、低浓度时增粘效果明显,在清洁压裂液增稠方面潜力巨大。而溶液胶束结构的形态及变化与溶液粘度密切相关,因此准确表征不同浓度下双子表面活性剂溶液胶束微观结构形态及变化特征具有重要理论指导意义。在大量调研表面活性剂溶液胶束结构形态检测方法与表征的基础上,重点阐述了可用于双子表面活性剂溶液胶束微观结构表征的研究方法及其研究发展现状。     

表面活性剂／大分子混合溶液的流变性

本报道了不同表面活性剂／大分子混合体系流变性随表面活性剂浓度的变化规律。离子型表面活性剂使非离子大分子表现出聚电解质的粘度行为，大分子的存在也可使棒状胶束转化为球状胶束，从而使粘度降低。     

不同NaCl浓度下十二烷基硫酸钠的理化参数和热力学行为

为了更好地研究不同NaCl浓度对阴离子表面活性剂胶束理化性质和结构稳定性的影响,以阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（C₁₂H₂₅SO₄Na）在不同温度下的临界胶束浓度为基础,分别测试并得出了不同NaCl浓度与不同温度作用下溶液的表面张力、泡沫半衰期和黏度变化规律。在此基础上通过分析得出NaCl作用下溶液的黏度活化能、标准熵变、标准焓变等热力学参数及变化规律。结果表明：C₁₂H₂₅SO₄Na降低表面张力的效率由温度效应和盐效应共同控制,随着温度的升高,温度效应发挥的作用越来越大;黏度最大值所对应的表面活性剂浓度为该温度和NaCl浓度下的临界胶束浓度;C₁₂H₂₅SO₄Na胶束化过程的影响随着温度的升高由熵驱动逐渐转化为焓驱动,这种转化过程随着NaCl浓度的升高越来越提前。掌握温度和NaCl浓度的耦合作用对C₁₂H₂₅SO₄Na理化性质的影响,以期为进一步研究其热力学行为奠定基础。     

表面活性剂对气体水合物生成过程的定量影响

为确定HCFC?141b水合物生成条件下阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的临界胶束浓度(CMC),在0~20℃温度下,通过圆环法实验研究了不同浓度表面活性剂溶液体系的表面张力,考察了表面活性剂对溶液体系表面张力的影响机理并通过C3H8水合物的生成过程实验进行了验证,确定了SDS和SDBS的临界胶束浓度. 结果表明,当SDS和SDBS的质量浓度分别低于500?10?6和100?10?6时,表面活性剂降低水表面张力的效果最明显,二者的CMC分别为1950?10?6和400?10?6,表面活性剂能明显缩短水合反应的诱导时间,提高了其平均生成速率.     

表面活性剂环境模拟水相中电导率的温度响应特性

为进一步研究含表面活性剂环境水相中发生的多过程行为 ,使用NaCl和SDS作为环境水相的模拟组分 ,跟踪了 2 5～ 75℃ (ΔT =5℃ )的温度范围内模型溶液体系中不同温度和不同组分浓度条件下电导率的变化。研究发现 ,各恒定温度条件下 ,模拟溶液体系的电导率与共存盐NaCl的浓度呈现良好的对数关系 ,而电导率κ随温度的变化关系符合 lnk =-ΔERT B 公式 ,并由此得到了不同温度、不同组分浓度条件下的电导活化能Ea。实验发现Ea与温度无关 ,随SDS浓度变化的规律与电导率随浓度变化的规律一致 ,转折点处对应于相应体系的临界胶束浓度。NaCl浓度对Ea的影响在胶束形成前后表现出明显的不同。在胶束形成之后 ,随NaCl浓度增加 ,体系Ea逐渐降低 ;而在胶束形成之前 ,随环境组分条件的改变而表现出多样的效应。     

离子型表面活性剂对PS-b-PAA嵌段共聚物在DMF/H_2O中自组装形貌的影响

以丙三醇为基体,合成了三(2-(N,N-二甲基十六烷基氯化铵)乙酸)丙三醇酯(S1)和(2-十六烷基羧酸酯)丙二羧酸钠(S2)两种结构相近但极性相反的表面活性剂,研究它们对聚苯乙烯-b-丙烯酸(PS-b-PAA)在DMF/H2O混合体系中自组装行为的影响。结果表明,2种表面活性剂均使PS-b-PAA的球形胶束发生了改变,但二者作用的结果不同。随表面活性剂溶液浓度的增大,S1/PS-b-PAA体系的胶束形貌发生由短棒向长棒再到囊泡的转变,形成的棒状胶束长度越来越长(由251 nm→418 nm→1 280 nm);S2/PS-b-PAA体系,胶束形貌发生由球形→较大球形和部分S2的小球形共存→片层和较大球形共存的转变,胶束尺寸逐渐增大(由134 nm→188 nm→1 597 nm)。电离后,电荷数量及其烷基链与嵌段共聚物相互作用的差异是导致2种表面活性剂对胶束形貌产生不同影响的原因。     

十六烷基三甲基水杨酸铵水溶液的电导和流变性能研究

研究了十六烷基三甲基水杨酸铵水溶液在稀溶液和亚浓溶液范围的电导和流变行为。体系的电导率-浓度曲线显示2个转折点:第一个转折点对应临界胶束浓度(cmc),第二个对应体系开始形成棒状胶束的浓度。计算了胶束化的热力学函数变化,证实胶束化过程主要来自于焓驱动。流变实验表明:所有体系均显示剪切稀化行为;溶液质量摩尔浓度高于119 mmol·kg-1时,体系符合Maxwell流体行为,具有单一结构弛豫时间;体系的高黏度来自于短棒状胶束之间的链接而不是缠结的蠕虫状胶束。     

磺酸盐Gemini表面活性剂的合成及性能研究

以硬脂酸、2-氯乙基磺酸钠、1,3-丙二胺为主要原料,经磺化、酰胺化等反应合成了一种磺酸盐型阴离子双子表面活性剂N,N'-双硬脂酰基-1,3-丙二胺二乙磺酸钠(简称DS18-3-18)。用FT-IR、1H-NMR对产物进行结构表征,考察了质量分数、剪切速率、温度对磺酸盐双子表面活性剂DS18-3-18溶液黏度的影响,并用扫描电镜(SEM)观察了其微观结构。结果表明,DS18-3-18溶液质量分数越大,其增黏能力越强,DS18-3-18溶液质量分数为4%时经济性最高;增大剪切速率和升高温度,DS18-3-18双子表面活性剂溶液黏度均呈先下降后趋于稳定的状态,表现出较好的耐温抗剪切性能。对DS18-3-18进行微观结构观察发现,DS18-3-18在溶液中自组装形成非常浓密的层状胶束,且胶束之间相互缠结形成类似于网状结构,促进了溶液黏度的增大。     

水杨酸钠对DTAB/PAM复合体系自组装行为的影响

通过粗粒度分子动力学模拟的方法研究了水杨酸钠(Na Sal)对聚丙烯酰胺(PAM)与表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)复合体系自组装行为的影响。结果表明,随着添加的Na Sal浓度增大,DTAB/PAM聚集体经历了球形-棒状-球形的结构变化,且吸附到聚合物链上的DTAB分子数目先增大后减小。在DTAB/PAM聚集体中,聚合物PAM分子链位于DTAB胶束疏水内核与亲水层的交界处,有机盐Sal-插入到胶束内部。聚合物分子链的回转半径(Rg)随时间的变化以及聚集体中表面活性剂数目随时间的变化过程均可以分为3个阶段,且形成尺寸较大的DTAB/PAM聚集体需要更长的时间。