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。     

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。     

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,     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Wormlike Micelles in Mixed Amino Acid‐Based Anionic Surfactant and Zwitterionic Surfactant Systems

The formation of wormlike micelles in aqueous solutions of an amino acid‐based surfactant, sodium lauroyl sarcosinate (LS) and a zwitterionic surfactant, cocamidopropyl betaine (CAPB) has been investigated. Holding the total concentration of LS and CAPB constant at 12 wt%, the synergistic effects of mass ratio of CAPB and LS and pH of the micelle solution on rheological behaviors of CAPB/LS micelles were studied. The viscosity of CAPB/LS micelle systems with a mass ratio from 4:8 to 9:3 increases to maximum values and then decreases as pH increases from 4.0 to 5.6. The maximum viscosity of the transparent CAPB/LS micelle solution is nearly 5500 mPa·s with a mass ratio of CAPB/LS = 8:4 at pH 5.10. It is suggested that the proper pH for CAPB and LS to form wormlike micelles should be close to the isoelectric point of the CAPB/LS solution. The results of thixotropy measurements show that the appropriate mass ratio of CAPB/LS can improve the stability of the network structure of wormlike micelles. In addition, viscosity curves of CAPB/LS wormlike micelles follow a nonlinear co‐rotational Jeffreys model, and the linear viscoelasticity of CAPB/LS wormlike micelles can be described by a linear viscoelastic Jeffreys model. The network of wormlike micelles is confirmed by Cryo‐TEM images.     

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。     

表面活性物质形成的某些特殊有序结构

介绍了目前关于蠕虫状胶束和囊泡一类有序结构的形成体系、表征方法和在应用等方面的研究进展情况。     

Drag Reduction by Wormlike Micelles of a Biodegradable and Non-Biodegradable Surfactants

This study describes the effects of wormlike micelles formed by the commercial surfactants tallowalkylamidopropyl dimethylamine oxide (Aromox APA-TW) and oleyl methyl bis(2-hydroxyethyl) ammonium chloride (Ethoquad O/12) as drag reducers. Ethoquad O/12 is immune to degradation by heat and microorganisms. Conversely, Aromox APA-TW is biodegradable in the environment, and its susceptibility to heat-induced degradation was previously assessed. This work considers the effects of temperature, salt, and time on the drag-reduction capacity (in different Reynolds number) of wormlike micelles of these two surfactants. Wormlike micelles formed by Aromox APA-TW are able to reduce drag at higher temperatures compared to wormlike micelles formed by Ethoquad O/12. However, Aromox APA-TW can degrade after being heated to 80 °C and also after storage of the wormlike micelle solutions. Ethoquad O/12 does not undergo degradation after being heated or stored. These surfactants have the potential to be used as additives in industrial operations, as the wormlike micelles formed are able to reduce drag in systems with long pumping distances or recirculation, even in solutions with high salt concentrations (brine) and high temperatures.     

阴离子表面活性剂SDS对氯乙酸酯碱性水解的影响

采用传统的电导法研究了不同浓度（5-70 mmol/L）阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠（SDS）条件下氯乙酸甲酯、氯乙酸乙酯（ECA）及氯乙酸叔丁酯（t-BCA）的碱性水解二级反应的速率常数。试验结果表明,表面活性剂SDS对氯乙酸酯的水解起禁阻作用,并初步讨论了产生禁阻作用的原因。     

The Formation of pH-Sensitive Wormlike Micelles in Ionic Liquids Driven by the Binding Ability of Anthranilic Acid

Wormlike micelles are typically formed by mixing cationic and anionic surfactants because of attractive interactions in oppositely charged head-groups. The structural transitions of wormlike micelles triggered by pH in ionic liquids composed of N-alkyl-N-methylpyrrolidinium bromide-based ILs (ionic liquids) and anthranilic acid were investigated. These structures were found responsible for the variations in flow properties identified by rheology and dynamic light scattering, and account for the structures observed with cryogenic transmission electron microscopy (Cryo-TEM). High-viscosity, shear-thinning behavior, and Maxwell-type dynamic rheology shown by the system at certain pH values suggested that spherical micelles grow into entangled wormlike micelles. Light scattering profiles also supported the notion of pH-sensitive microstructural transitions in the solution. Cryo-TEM images confirmed the presence of spherical micelles in the low-viscosity sample and entangled wormlike micelles in the peak viscosity sample. Nuclear magnetic resonance spectroscopy analysis revealed that the pH sensitivity of ionic liquid systems originated from the pH-dependent binding ability of anthranilic acid to the cationic headgroup of ionic liquids.     

阳离子表面活性剂胶束和微乳液增溶过程的核磁共振谱法研究(英文)

运用高分辩NMR方法 ,研究了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)胶束水溶液、KBr盐溶液对苯甲醇的增溶作用及CTAB/正丁醇 /10 %正辛烷 /水反向微乳液对丙烯酰胺(AM)的增溶作用。结果表明 ,在苯甲醇浓度低时苯甲醇主要增溶于CTAB胶束水溶液或KBr盐溶液的界面层 ,随着增溶物浓度的增大 ,苯甲醇主要增溶于胶束的栅栏层和胶束内核。在CTAB胶束水溶液中 ,当苯甲醇浓度达到 0 35 7(V/V)时 ,它沿烃链的增溶达到饱和 ,并开始进入胶束内核中心 ,并引起CTAB长链亚甲基峰分裂成两个单峰 ,一个在高场 ,一个在低场 ,而在CTAB胶束KBr盐溶液中 ,未得到长链亚甲基的分裂峰。在CTAB油包水 (W /O)微乳液中 ,通过 1H和 13CNMR谱讨论了丙烯酰胺与CTAB和正丁醇的相互作用 ,丙烯酰胺浓度较小时 ,其增溶在微乳液的Stern层 ,当丙烯酰胺与CTAB摩尔比接近 0 75时 ,丙烯酰胺分子增溶到栅栏层 ,并沿CTAB烃链进行分布