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醇醚硫酸鹽泡排劑的耐溫耐鹽性能及分子機理研究
來源：日用化學工業（中英文） 瀏覽 190 次 發布時間:2026-05-21
2 結果與討論
2.1 動態表麵張力
AE2S在200 g/L NaCl溶液環境中發生輕微鹽析（穩定且無沉澱）。因此，使用拉板法測量靜態表麵張力將不準確。因此，采用1.2.1節描述的芬蘭Kibron EZ-Pi Plus便攜式動態小黄片下载安装及Wilhelmy板法測量動態表麵張力。AE2S、AE5S和AE7S在不同質量條件下的動態表麵張力曲線如圖4所示。
泡沫生成過程中表麵張力的降低可以促進液膜的形成。然而，如果表麵張力降低速率過慢或小於液膜的擴張和破裂速率，表麵活性劑將無法產生穩定的泡沫。如圖4所示，在無NaCl條件下，AE5S和AE7S表現出更快的進入平衡區域的速率。這一現象可歸因於具有更多EO單元的AES膠束具有更大的表麵積和更低的表麵電荷密度，這導致分子間靜電排斥減弱，使其能夠更高效地重新排列並覆蓋氣液界麵。在含NaCl條件下，AE2S能夠實現更低的表麵張力。這可能是因為NaCl的加入降低了三種AES的表麵電荷，導致分子間靜電排斥減弱。然而，隨著環氧乙烷加成量的增加，分子體積和氣液界麵處的空間位阻也增加，導致AE2S更快地降低表麵張力。
| AEnS | p(NaCl)/(g/L) | k t→0 /(mN/(m⋅s 1/2 )) | D t→0 | k t→∞ /(mN/(m⋅s −1/2 )) | D t→∞ | D t→∞ /D t→0 |
| AE2S | 0 | -28.04 | 2.42×10 −12 | 3.62 | 2.88×10 −14 | 1.19×10 −2 |
| 100 | -17.70 | 9.64×10 −13 | 24.63 | 6.24×10 −16 | 6.47×10 −4 | |
| 200 | -26.66 | 2.19×10 −12 | 21.36 | 8.30x10-16 | 3.79×10 −4 | |
| AE5S | 0 | -21.44 | 1.41×10 −12 | 2.78 | 4.88×10 −14 | 3.45×10 −2 |
| 100 | -59.57 | 1.09×10 −11 | 3.86 | 2.54×10 −14 | 2.3×10 −3 | |
| 200 | -28.08 | 2.43×10 −12 | 18.85 | 1.07×10 −15 | 4.40×10 −4 | |
| AE7S | 0 | -19.40 | 1.16×10 −12 | 2.47 | 6.19x10-14 | 5.35×10 −2 |
| 100 | -49.53 | 7.55×10 −12 | 3.40 | 3.28×10 −14 | 4.34×10 −3 | |
| 200 | -47.26 | 6.87×10 −12 | 12.83 | 2.30×10 −15 | 3.35x10-4 |
為了進一步研究三個體係表麵張力隨時間的變化，引入Ward-Tordai方程和Joos方程的近似解進行分析。該經驗公式由公式（2）和（3）給出。
其中t為時間，γ₀、γ_eq和γ(t)分別為純溶劑的表麵張力、混合體係平衡時的表麵張力和混合體係在t時刻的表麵張力。R為氣體常數，n為物質的量，T為溫度，c₀為濃度，D為擴散係數，Γ為吸附量。
變量γ(t)t→0和γ(t)t→∞分別與t^(1/2)和t^(-1/2)呈線性相關。圖5展示了動態表麵張力γ_t隨t^(±1/2)的變化。特別是，當使用t^(1/2)作為自變量時，以γ₀-γ_t為因變量的擬合直線斜率為k_t→0；當使用t^(-1/2)作為自變量時，以γ_t-γ_eq為因變量的擬合直線斜率為k_t→∞。兩個值分別通過將曲線擬合到相應的D_t→0和D_t→∞獲得。如表1所示，對於所有AEnS表麵活性劑，D_t→∞始終大於D_t→0。這歸因於在吸附開始時，AEnS的吸附勢壘相對較低，導致更多的吸附空位。此外，D_t→∞/D_t→0的結果均小於1，表明吸附過程受混合吸附控製。
2.2 界麵張力
界麵張力可視為液體界麵處單位長度的收縮力。根據Wilhelmy板法原理，在80°C下使用芬蘭Kibron Delta-8界麵張力儀測量不同NaCl質量濃度下不同AEnS在石油醚-水界麵的界麵張力。表麵張力γ根據公式（4）計算：
其中F為儀器測量的垂直作用於鉑金板的力，p為鉑金板的周長，θ為接觸角。由於鉑金板經過親水處理，接觸角θ≈0°，故cosθ≈1，公式簡化為γ = F/p。測得的平衡油水界麵張力（γ）值如表2所示。
| ρ(NaCl)/(g/L) | σ(AE 2 S)/(mN/m) | σ(AE 5 S)/(mN/m) | σ(AE 7 S)/(mN/m) |
| 0 | 2.40 | 3.40 | 3.70 |
| 100 | 0.50 | 0.69 | 0.75 |
| 200 | 0.05 | 0.08 | 0.07 |
| ρ(NaCl)/(g/L) | Pixel(AE 2 S) | Pixel(AE 5 S) | Pixel(AE 7 S) |
| 0 | 8→7→5 | 12→8→6 | 12→8→7 |
| 100 | 18→9→8 | 15→9→7 | 14→9→6 |
| 200 | 11→9→8 | 10→9→6 | 12→10→8 |
在無NaCl條件下，界麵張力達到10⁻¹數量級，表明較高的界麵張力對應更優的泡沫性能。這種差異可歸因於基於界麵張力評估泡沫性能時需要考慮特定環境。此外，討論應考慮特定範圍內的界麵張力。
在100 g/L和200 g/L NaCl存在下，界麵張力分別達到10⁻¹和10⁻²數量級，後者非常接近超低界麵張力。油水界麵張力隨EO加成數的減少而降低，特別是在NaCl存在時。這可能歸因於親水基團體積、分子麵積和分子堆積的增加。
總體而言，界麵張力隨表麵活性劑溶液中NaCl含量的增加而迅速降低。這是因為AEnS是陰離子表麵活性劑，Na⁺能夠中和此類表麵活性劑分子的負電荷，從而減少它們之間的靜電排斥。這使得它們更容易在界麵處被吸附並更緊密地排列，進而更有效地降低界麵張力。由於AEnS分子結構中的EO不帶電荷，該部分結構之間的相互作用主要通過範德華力和氫鍵而非電荷相互作用。因此，Na⁺的加入對該部分結構的影響相對較小。
2.3 液膜厚度
液膜是泡沫中氣泡之間的薄液層，影響泡沫的機械強度和液體保持能力。在使用泡沫儀測量泡沫的同時，使用CCD相機在每個樣品的相同時間間隔（從固定時間開始）捕捉並記錄泡沫形態。使用該相機，單位像素橫向長度為3.45 μm，使用CSA軟件測量泡沫的液膜厚度，像素數反映液膜厚度。
圖6 不同氯化鈉質量濃度下AEnS的液膜照片：I-(a)無氯化鈉時的AE2S，I-(b)無氯化鈉時的AE5S，I-(c)無氯化鈉時的AE7S； Ⅱ -(a)100 g/L氯化鈉條件下AE2S， Ⅱ -(b)100 g/L氯化鈉條件下AE5S， Ⅱ -(c)100 g/L氯化鈉條件下AE7S； Ⅲ -(a)200 g/L氯化鈉條件下AE2S， Ⅲ -(b)200 g/L氯化鈉條件下AE5S， Ⅲ -(c)200 g/L氯化鈉條件下AE7S。
液膜厚度對攜液性能和泡沫半衰期有直接影響。較小的孔隙和較厚的液膜通常攜帶更多液體並具有更大的保持能力。較厚的液膜還能有效防止液體流失，從而保持較高的攜液率。較厚的液膜通常具有更高的機械強度和抗破裂能力，能更好地承受振動、剪切等外部擾動，有助於延長泡沫半衰期。較厚的液膜可以降低泡沫液體的向下排放速率，從而延長泡沫壽命。它還能更有效地防止氣體分子通過液膜的滲透和擴散，減少氣泡的合並和破裂。如圖6和表3所示，實驗結果也證實了這一點。
| p(NaCl)/(g/L) | Unloading efficiency/% | ||
| AE2S | AE5S | AE7S | |
| 100 | 87 | 88 | 90 |
| 200 | 84 | 82 | 76 |