不同链长烷基芳基磺酸盐形成微乳液的性质

第26卷第6期山　西　化　工Vol.26　No.62006年12月SHANXICHEMICALINDUSTRYDec.2006

收稿日期:2006208231作者简介:秦承宽,男,1982年出生,山东师范大学化学学院化工与材料科学学院物理化学专业2005级硕士研究生。研究方向:表面与界面物理化学。　综述与论坛微乳液的研究及应用进展秦承宽,　柴金岭,　陈景飞(山东师范大学化学化工与材料科学学院,山东　济南　250014)摘要:介绍了微乳液的概念、制备、形成理论及助表面活性剂在微乳液中的作用。综述了微乳液自从被发现以来,由于其特殊的物理化学性质,即超低的界面张力、大的界面面积、热力学稳定性和增溶能力而得到广泛应用,并在基础研究和工业领域方面也取得了越来越多有意义的成果。关键词:微乳液;表面活性剂;助表面活性剂;研究;应用;进展中图分类号:TQ423 文献标识码:A 文章编号:100427050(2006)0620021205 微乳液(microemulsion)是一种由适当比例的表面活性剂、助表面活性剂、水和油自发形成的各向同性、外观透明或半透明、热力学稳定的分散体系[1～4]。微乳液的结构由Hoar和Schulman[5]于1943年首次发现。在相当长的时间内,O/W型的体系被称为亲水的油胶团,W/O型的体系被称为亲油的水胶团,亦称为溶胀的胶团或增溶的胶团[6]。直至1959年,Schulman等[7]才首次将上述体系称为“微乳状液”或“微乳液”。自从微乳液这一概念被提出以来,就极大地吸引了科学工作者的研究兴趣,人们不仅从理论上研究它的微观结构、形成条件、稳定理论及制备,而且还从实践上研究它在三次采油、日用化学、食品、农药、环境保护等工业上的实际应用以及作为反应介质用于物质的分析测定、材料合成、微乳聚合、生化反应等方面。我国的微乳液研究始于20世纪80年代初期,在理论和应用研究方面也已取得相当的成果[8～11]。和普通乳状液相似,微乳液的主要类型是水包油型(O/W)和油包水型(W/O),此外还有一种双连续相类型(中相微乳液),在双连续相微乳液中水和油都是连续的。虽然微乳液与普通乳状液在成分和结构上有许多相似之处,但它们又有本质的区别。第一,外观上,微乳液不同于普通乳状液呈透明或近乎透明状;第二,分散相质点的差异,微乳液的分散相液珠小而均匀,一般在10nm～100nm,而普通乳状液的液珠大于100nm,且分布不均匀;第三,普通乳状液的形成一般需要外界提供能量,如经过搅拌、超声粉碎和胶体磨处理等才能形成,而微乳液的形成是自发的,不需要外界提供能量;第四,普通乳状液是热力学不稳定体系,离心后分层,而微乳液却是热力学稳定体系,可长期放置且离心不分层,界面张力可以达到超低值;第五,微乳液所需表面活性剂质量分数约为5%～30%,远高于普通乳状液,形成微乳液一般需要加助表面活性剂,而普通乳状液一般不需助表面活性剂;第六,微乳液不像普通乳状液那样随类型不同而只能与油或水混溶,而微乳液在一定范围内可以同时增溶油和水,在一定组成范围内微乳液可以呈连续相形式存在。1　微乳液的制备微乳液的形成不需要外加功,它是在体系内各种成分达到匹配时自发形成。目前采用HLB法、盐度扫描法、相转换温度(PIT)[12]、粘附能比(CER)和表面活性剂分配法等来寻找这种匹配关系。下面主要介绍HLB法和盐度扫描法。1.1　HLB法表面活性剂的HLB值对微乳液的形成至关重要。一般认为:HLB值为4～7的表面活性剂可形成W/O型的微乳液;HLB值为9～20的表面活性剂则可形成O/W型的微乳液。通常离子型表面活性剂HLB值很高,需要加入中等链长的醇或HLB值低的非离子型表面活性剂进行复配[13,14],经过实验可以得到各种成分之间的最佳比例。非离子型表面活性剂可根据其HLB值对温度很敏感(低温时亲水性强、高温时亲油性强)的特点来确定。当温度恒定时可通过调节非离子型表面活性剂的亲水基和亲油基比例达到所需要的HLB值。1.2　盐度扫描法[15]盐度扫描法可以使我们对微乳液有较多了解。当体系中油的成分确定,油2水体积比为1,体系中表面活性剂和助表面活性剂的比例和浓度确定之后,改变体系的盐度,由低往高增加,往往可以得到三种状态的微乳液,即:WinsonⅠ型(O/W型的微乳液和剩余油达到平衡状态);WinsonⅢ型(双连续型微乳液与剩余油和剩余水达到平衡状态);WinsonⅡ型(W/O型的微乳液和剩余水达到平衡状态)。这是因为体系中盐量增加时,水溶液中的表面活性剂和油由于“盐析”作用而析离,盐也压缩微乳液的双电层,使其斥力下降,液滴易接近,含盐量增加,使O/W型微乳液进一步增溶油,从而微乳液中油滴密度下降而上浮,导致形成新相。对于这种扫描法,若改变组成中其他成分也可以达到这种效果。例如,增加油的含碳数,可获得从W/O型到双连续结构到O/W型的转变;对于低分子量的醇,如增加其含碳数也可获得从W/O型到双连续结构到O/W型的转变;而如果增加高分子量的醇的含碳数则可得到从O/W型到双连续结构到W/O型的转变。2　微乳液的形成理论关于微乳液的形成理论,引用较多的有混合膜理论、增溶理论、几何排列理论和热力学模型理论[2～4,16]。热力学理论是从计算微乳液形成的自由能变化来研究生成稳定微乳液的条件,此类研究虽然有少量试验结果,但基本上仍处于理论探讨阶段,但这并不妨碍微乳技术的发展与微乳液的广泛应用。2.1　混合膜理论以Schulman和Prince为代表,认为微乳液是多相体系,它的形成是界面增加的过程。他们从表面活性剂和助表面活性剂在油水界面上吸附形成作为第三相的混合膜出发,认为混合吸附膜的存在使油水界面张力可降至超低值,甚至瞬间达负值。由于负的界面张力不能存在,从而体系自发扩大界面形成微乳,界面张力升至平衡的零或极小的正值。因此微乳形成的条件是:γ=γO/W-π<0(γ为微乳体系平衡界面张力;γO/W为纯水和纯油的界面张力;π为混合吸附膜的表面压)。但是油水界面张力一般约在50mN/m,吸附膜的表面压达到这一数值几乎不可能,因此用有助表面活性剂存在时的油水界面张力(γO/W)a取代上式中的γO/W,上式可变为:γ=(γO/W)a-π<0。助表面活性剂的作用是降低油水界面张力和增大混合吸附膜的表面压,此外,助表面活性剂参与形成混合膜,对提高界面柔性使其易于弯曲形成微乳液也有重要贡献。混合膜作为第三相介于油和水相之间,膜的两侧面分别与水、油接触形成水2膜、油2膜两个界面,各有其界面张力和表面压,总的界面张力或表面压为二者之和。当混合膜两侧表面压不相等时,膜将受到剪切力而弯曲,向膜压高的一侧形成W/O或O/W型的微乳液。由于界面张力和表面压都是宏观物质的界面性质,从分子水平上进行讨论有难以理解之处,而负界面张力说只能作为一种合理的推想,至今尚无实验证据。因此,这些因素又促进了混合膜理论和其他微乳液形成理论的发展。2.2　增溶理论以Shinoda和Friberg为代表,认为微乳液是胀大的胶团。当表面活性剂水溶液浓度大于临界胶束浓度(cmc)值后,就会形成胶束,此时加入一定量的油(亦可以和助表面活性剂一起加入),油就会被增溶,随着进入胶束中油量的增加,胶束溶胀而变成小油滴2微乳液。由于增溶是自发进行的,所以微乳化能自动发生也是理所当然的。但是该理论无法解释为何只要表面活性剂浓度大于临界胶束浓度即可发生增溶作用,而此时微乳液不一定能够形成。2.3　几何排列理论Robbins、Mitchell和Ninham等从形成微乳液界面膜的表面活性剂和助表面活性剂分子的几何排列考虑,提出了界面膜中排列的几何模型,成功地解释了界面膜的优先弯曲和微乳液的结构问题。几何排列模型认为界面膜在性质上是一个双重・22・ 山　西　化　工 2006年12月膜,即极性的亲水基头和非极性的烷基链分别与水和油构成分开的均匀界面。在水侧界面,极性头水化形成水化层,而在油侧界面,油分子是穿透到烷基链中的。几何排列模型考虑的核心问题是表面活性剂在界面上的几何填充,用填充参数V/aolc来说明问题,其中V为表面活性剂碳氢链部分的体积;a0为其极性基的截面积;lc为其碳氢链的长度。对于有助表面活性剂参与的体系,上述各值为表面活性剂和助表面活性剂相应量的平均值。可见,填充系数反映了表面活性剂亲水基与疏水基截面积的相对大小。当V/aolc>1时,碳氢链截面积大于极性基的截面积,有利于界面凸向油相,即有利于W/O型微乳液形成;当V/aolc<1时,则有利于O/W型微乳液形成;当V/aolc≈1时,有利于双连续相结构的形成。通过深入分析几何排列理论还可以解释表面活性剂和助表面活性剂的结构特点、油相性质、电解质加入、温度等因素对形成微乳液的结构与类型的影响。3　助表面活性剂在微乳液形成过程中的作用 在微乳液制备中,常用的助表面活性剂有中和高碳脂肪醇、乙二醇、羊毛脂衍生物、胆甾醇等。研究表明:在微乳液形成过程中,助表面活性剂可能起到以下三方面的作用[3]。3.1　降低界面张力对于单一表面活性剂而言,当其浓度达到临界胶束浓度(cmc)后,其界面张力不再降低,倘若在此时加入一定浓度的助表面活性剂(通常为中等链长的醇[17]),则能使界面张力进一步降低,使更多的表面活性剂和助表面活性剂在界面上吸附。当液滴的界面张力γ<10-5N/m时,能自发形成微乳液。3.2　增加界面膜的流动性在形成微乳液液滴时,由大液滴分散成小液滴,界面要经过变形、重整,这些都需要界面弯曲能。如加入助表面活性剂就可增加界面膜的柔性和流动性,减少微乳液形成时所需的弯曲能,使微乳液液滴容易形成。3.3　调节表面活性剂的HLB值在制备微乳液时,加入助表面活性剂起到微调表面活性剂HLB值的作用,使之更适合形成微乳液。由于非离子表面活性剂是一种有效的增溶剂,通常将低HLB值的非离子表面活性剂也视为助表面活性剂,因此在用非离子型表面活性剂形成微乳液时,一般不需要加入助表面活性剂。4　微乳液的应用4.1　用微乳液提高原油采收率所谓提高原油采收率是指通过注入原来油藏中没有的各种物料驱替出残余原油。经二次采油后,由于毛细管力的作用使油藏中大量的原油以油脉形式存留在油层的多孔性岩石中,对控制毛细管力起主要作用的是原油/盐水界面张力。要想置换出原油就应使这个界面张力降低一万倍,达到超低,即降至10-6N/m～10-7N/m,而微乳液体系的超低界面张力正能满足此要求,因此微乳液是三次采油中一种较先进的方法,效果最好,尤其是中相微乳液体系,其两个界面的界面张力都能达到超低值,这种体系能使水驱后的残余油全部被驱出,因此受到人们的普遍青睐[18]。4.2　微乳液萃取微乳液萃取是一种新出现的萃取技术,最早用于具有经济价值的蛋白质、多肽和氨基酸的分离[19]。在一般的液膜萃取中,由于液膜本身的稳定性和机械强度性能较差,难免出现液膜破裂,从而造成已被萃取的物质返回到料液相,大大降低了萃取效率。萃取完毕后,还需要对液膜进行破乳以分离出萃取的物质。根据液膜的不同,所需要的破乳设备也是复杂多样的。用微乳液萃取时,溶质一旦被萃取就溶于油相中,同时液膜破裂,当萃取达到饱和时,油相是单一的油相,便于对油相进行洗涤以纯化溶质,这是一般液膜所没有的特性。用微乳液萃取时,由于萃取剂与溶质之间的吸附作用,不会因液膜的破裂而造成溶质返回料液相。实际应用中,萃取相经反萃取后,即可再进行乳化,反复使用,不需要破乳操作,可减少破乳设备的投资。4.3　微乳燃料目前,各种燃料油燃烧、有机溶剂和重金属离子的发挥和排放都是很大的污染源。如果配制微乳液型燃油,就可改善环境而且还具有更高的燃烧效能。2002年张高勇等[20]报道了汽油微乳研究工作,以水2柴油2聚乙二醇十二烷基醚的W/O型的微乳液体系作燃料。该体系含水质量分数可达到20%～30%;节油率为5%～15%;排气温度下降20%～60%;烟度下降40%～77%;而NOX和CO排放量为普通汽油的25%,可见微乳化油是节能、环保的・32・　2006年12月 秦承宽等,微乳液的研究及应用进展

十六烷基磺酸钠结构式

十六烷基磺酸钠（Sodium Hexadecyl Sulfate）是一种具有表面活性性质的有机化合物。它的分子式为C16H33SO4Na，其中包含有一个十六烷基链（16个碳原子）和一个磺酸根离子（SO4Na）。下面将介绍十六烷基磺酸钠的结构、性质及应用。

结构式：

十六烷基磺酸钠的结构式如下：

CH3(CH2)14CH2OSO3Na

十六烷基磺酸钠的分子由一个烷基链和磺酸根离子组成。烷基链是由16个碳原子构成的，在链的最后一个碳原子上与磺酸根离子连接。

性质：

1. 表面活性性质：十六烷基磺酸钠是一种阴离子型表面活性剂，属于烷基磺酸钠类的成员。它可以在水中形成胶束结构，具有良好的乳化、润湿和减少表面张力的能力。

2. 溶解性：十六烷基磺酸钠在水中溶解度较高，可溶于烷烃类溶剂，如乙醇和苯。

3. 热稳定性：十六烷基磺酸钠在高温下也能保持较好的表面活性性能，所以被广泛应用于高温条件下的表面处理。

应用： 1. 日常化工：十六烷基磺酸钠可以作为洗涤剂、洗洁精、洁面摩丝、洗衣液、洗发水等产品中的表面活性剂成分，用于清洁物体表面、去油污等。

2. 化妆品：十六烷基磺酸钠具有良好的润湿性能和去污能力，在化妆品中常被用作乳化剂、稳定剂和表面活性剂，用于制作洗面奶、洗发水、沐浴液、护肤品等。

3. 医药领域：十六烷基磺酸钠可作为胶体稳定剂，被广泛应用于药物的稳定、封装和输送系统中。此外，它还可用于医药中间体的合成。

4. 实验室研究：十六烷基磺酸钠也是实验室常用的表面活性剂之一，常用于电泳技术中，在凝胶电泳中作为赋电物质存在，有助于DNA或蛋白质在电泳过程中的迁移。

5. 工业应用：十六烷基磺酸钠在某些工业领域中也有应用，例如用作合成橡胶助剂的增塑剂、润滑剂和减水剂等。

总结：

十六烷基磺酸钠是一种具有表面活性性质的有机化合物。它通过烷基链和磺酸根离子的结构组成，具有良好的乳化、润湿和表面张力调节能力。在日化、化妆品、医药、实验室和工业等领域都有广泛的应用。它的应用使得清洁、稳定和输送等过程变得更加高效和便捷。

akd的分子式

摘要：

一、引言

1.介绍AKD的定义

2.说明AKD的重要性和应用领域

二、AKD的分子式

1.AKD的化学名称

2.AKD的分子式

3.AKD的分子量

三、AKD的结构和性质

1.AKD的结构特点

2.AKD的物理性质

3.AKD的化学性质

四、AKD的应用领域

1.石油工业

2.化学工业

3.医药工业

4.其他领域

五、AKD的发展前景

1.技术进步带来的发展机遇

2.国内外政策支持 3.市场需求的增长

正文：

一、引言

烷基苯磺酸盐（Alkylbenzene Sulfonate，简称AKD）是一种重要的阴离子表面活性剂，具有良好的去污性能、乳化性能和润湿性能。在工业生产和日常生活中，AKD被广泛应用于石油、化学、医药等领域。本文将对AKD的分子式进行详细介绍，并探讨其结构、性质及应用领域。

二、AKD的分子式

1.AKD的化学名称

烷基苯磺酸盐（Alkylbenzene Sulfonate）

2.AKD的分子式

CnH2n+1SO3Na

其中，n为烷基链的长度。

3.AKD的分子量

根据烷基链长度的不同，AKD的分子量也有所差异。通常，分子量在250~350 g/mol之间。

三、AKD的结构和性质

1.AKD的结构特点

AKD是由苯环和烷基链组成的有机化合物。其中，烷基链与苯环的取代位置不同，可形成不同类型的AKD。例如，甲基苯磺酸盐（Methylbenzene

Sulfonate，简称MBAS）、乙基苯磺酸盐（Ethylbenzene Sulfonate，简称EBAS）等。 2.AKD的物理性质

AKD为固体或液体，具有较低的熔点和沸点。其溶解性良好，易溶于水、醇等极性溶剂。

3.AKD的化学性质

AKD具有较强的去污能力，对油脂、污垢具有良好的乳化、分散和润湿作用。此外，AKD还具有抗硬水性能、生物降解性能和抗静电性能等特点。

四、AKD的应用领域

1.石油工业

AKD被广泛应用于石油工业中的钻井、采油、输送等环节，具有良好的抗垢、抗腐蚀、抗泡性能。

15.1 微乳液的发展历史

5.2 微乳液基本原理

5.3 微乳液法工艺过程

5.4 微乳液法应用实例材料合成技术与方法

第五章微乳液法参考书

1、表面活性剂与纳米技术，李玲，化学

工业出版社

2、微乳液的制备及其应用，王军，中国

纺织出版社，P1，P93

3、微乳相萃取技术及应用，刘会洲，科

学出版社材料合成技术与方法

5.1 微乳液的发展历史材料合成技术与方法

󰂾1915年，奥斯特瓦尔德《被遗忘了尺寸的世

界》，指出1～100 nm

󰂾1928年，Rodawal意外得到透明乳状液

󰂾1943年，Hoar和Schulman，发现油、水、表

面活性剂和醇等自发形成热力学稳定、澄清

透明的体系

󰂾1959年，Schulman等首次将上述体系称为微

乳状液或微乳液（microemulsion）

󰂾1981年，Damelsson和Lindman给出目前公认

的微乳液定义5.2 微乳液基本原理材料合成技术与方法

一、微乳液基本定义

二、表面活性剂

三、微乳液基本原理1、分类

2、结构及理论

3、性质

4、转型

5、微乳液的制备

材料合成技术与方法

一、微乳液基本定义

1、乳液（乳状液），两种互不相溶的液体

混合，一种液体以液滴的形式分散到另一

种液体，形成的体系。

2、分类，根据液滴尺寸分为

粗乳状液（常称为乳状液，或乳液）：液滴

尺寸在微米级或更大，

微乳状液（常称为微乳液）：液滴尺寸在

100nm以内。由油、水和表面活性剂构成

的透明、光学各向同性、热力学问题的液

体体系。材料合成技术与方法

3、粗乳状液（常称为乳状液，或乳液）分类

󰁺宏乳状液：

󰁺纳米乳液（超细乳液）：粒径小于500nm的

乳液

4、乳液形成需要使用乳化剂

󰁺表面活性剂

󰁺高聚物乳化剂

󰁺天然乳化剂

󰁺固体粉末乳化剂

2材料合成技术与方法

5、制备方法

󰁺乳液需要借助高速搅拌或超声振荡等外力

󰁺微乳液无需任何机械功，只需按照配方，

混合均匀，可自发形成均匀透明稳定的液

体材料合成技术与方法

乳液与微乳液的比较

透明0.02-0.05稳定红色蓝色半透明0.05-0.1