第9章 表面活性剂的复配
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• 混合胶束：βM
(1X 1 M (X )2 2 M ln )[2(l1 n (C )C 1 M 21 M 2 /X /(1 1 M C 1 X M 1 )M )C 2 M ]1
尔百分数α*
*lnC ( 10
/C20) 2
• 产生最大加和增效作用时，表面活性剂浓度的总和，C12,min C1,2min C10ex pl2 nC 1 (0/C2 02
• βσ的负值越大，分子间相互吸引力越大，C12,min值越小； βσ正值越大，即分子间排斥力越大，则C12,min越大。
表9-1 部分表面活性剂分子间相互作用参数
复配物
C8H17SO4-Na+－C8H17N+(CH3)3BrC12H25SO4-Na+－C12H25N+(CH3)3BrC10H21SO4-Na+－C12H25N+H2(CH2)2COOC10H21SO3-Na+－C12H25 (OC2H4)7OH C15H31COO-Na+－C12H25SO3-Na+ C10H21N+(CH3)3Br-－C8H17(OC2H4)4OH
M ln(C1M2/X1MC1M)
(1X1M)2
- X1M为混合胶束中表面活性剂1所占的摩尔百分数，则表面活性剂2 在混合胶束中所占的摩尔百分数为（1－X1M）
- C1M、C2M和C12M分别是两种单一表面活性剂和在特定组成比例下 （有确定的α值）混合表面活性剂的临界胶束浓度
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• β值和两种表面活性剂混合的自由能相关
2. 疏水基团的影响
随表面活性剂疏水基碳链长度的增加，βσ和βM变得更负，即绝 对值增加，且为负值
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3. 介质pH值的影响
– 溶液pH值低于两性表面活性剂的等电点时，活性剂分子以正离子 形式存在，通过正电荷与阴离子表面活性剂发生相互作用
– 当介质的碱性或pH值增加，两性表面活性剂逐渐转变为电中性的 分子，甚至于负离子，与阴离子表面活性剂的相互作用力降低
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9.2 产生加和增效作用的判据
9.2.1 降低表面张力
• 加和增效作用：使溶液的表面张力降低到一定程度时，所 需的两种表面活性剂的浓度之和低于单独使用复配体系中 的任何一种表面活性剂所需的浓度
• 负的加和增效作用：使溶液的表面张力降低到一定程度时， 所需的两种表面活性剂的浓度之和高于单独使用复配体系 中的任何一种表面活性剂所需的浓度
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• 产生加和增效作用的条件
（1）正加和增效作用：条件一：βσ为负值，即βσ＜0；
条件二：|βσ|＞| ln(C10/C20) | （2）负加和增效作用：条件一：βσ为正值，即βσ＞0；
条件二：|βσ|＞| ln(C10/C20) |
• 产生最大加和增效作用时，表面活性剂1占活性剂总量的摩
• 混合表面活性剂的性质
– 在表面或界面上形成混合单分子吸附层 – 在溶液内部形成混合胶束
• 无论是混合单分子吸附层还是混合胶束，两种表面活性剂 分子间均存在相互作用，其相互作用的形式和大小用分子 间相互作用参数β表示
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9.1.1 分子间相互作用参数β的确定和含义
• 混合单分子吸附层：βσ
表9-2 十二烷基磺酸钠与十二烷基苯基甜菜碱复配体系分子间相互作用参数（25℃）
pH值
βσ
βM
5.0
-6.9
-5.4
5.8
-5.7
-5.0
6.7
-4.9
-4.4
4. 无机电解质的影响
无机电解质的添加，会使离子型表面活性剂与聚氧乙烯型非离子表 面活性剂混合体系中分子间相互作用力降低
5. 温度的影响
在10～40℃范围内，温度升高，分子间相互作用力低 。
(1X1)X 2l12ln(1 n C (1)C 2 /1X2 /1C 1 (1 0 )X1)C2 0 1
ln(C12/ X1C10)
(1X1)2 - α：混合表面活性剂溶液中表面活性剂1所占的摩尔百分数，则表
面活性剂2的摩尔百分数为（1－α） - X1是混合单分子吸附层（膜）中表面活性剂1所占的摩尔百分数，
温度（℃） 25 25 30 25 60 23
βσ -14.2 -27.8 -13.4 -1.5 -0.01
—
βM -10.2 -25.5 -10.6 -2.4 +0.2 -1.8
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9.1.2 影响分子间相互作用参数的因素
1. 离子类型的影响
阴离子－阳离子 ＞ 阴离子－两性型 ＞ 离子型－聚氧乙烯非离子型 ＞ 甜菜碱两性型－阳离子 ＞ 甜菜碱两性型－聚氧乙烯非离子型 ＞ 聚氧乙烯非离子型－聚氧乙烯非离子型
第9章 表面活性剂的复配
9.1 表面活性剂分子间的相互作用参数 9.2 产生加和增效作用的判据 9.3 表面活性剂的复配体系
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• 目的：加和增效（Synergism），也可以叫做协同效应 • 即把不同类型的表面活性剂人为地混合后，得到的混合物
的性能比原来单一组分的性能更加优良，也就是通常所说 的“1＋1＞2”的效果。
– β为负值表示两种分子相互吸引； – β值为正值，表示两种分子相互排斥 – β值的绝对值越大，表示分子的相互作用力越强 – 而β值接近0时，表明两种分子间几乎没有相互作用，近乎于理想
混合
• β值一般在+2（弱排斥）到- 40（强吸引）之间
复配活性剂类型
阴离子－阳离子
阴离子－两性型 阴离子－非离子 阴离子－阴离子 阳离子－非离子
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9.2.2 形成混合胶束
• 当复配体系水溶液形成混合胶束的临界胶束浓度C12M，低 于其中任何一种单一表面活性剂的临界胶束浓度（C1M和 C2M）时，即称为产生正加和增效作用；如果混合物的临界 胶束浓度比任何一种单一组分的高，则称产生负加和增效 作用
• 例如，单一的十二烷基硫酸钠在降低水的表面张力、起泡、 乳化及洗涤等性能方面远不如含有少量十二醇等物质的品 种。
• 在洗涤剂配方中，也常常加入少量的十二酰醇胺或氧化二 甲基十二烷基胺，用以改善产品的起泡性能和洗涤性能。
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9.1 表面活性剂分子间的相互作用参数
• 表面活性剂的最基本性质
– 在表面或界面形成定向吸附 – 在溶液内部形成胶束
表面活性剂复配在三次采油中的应用进展
３ Ｃ Ｎ Ｏ Ｏ Ｃ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ２ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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第9章 表面活性剂的复配
– 在表面或界面上形成混合单分子吸附层 – 在溶液内部形成混合胶束
• 无论是混合单分子吸附层还是混合胶束，两种表面活性剂 分子间均存在相互作用，其相互作用的形式和大小用分子 间相互作用参数β表示
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9.1.1 分子间相互作用参数β的确定和含义
• 混合单分子吸附层：βσ
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• 产生最大加和增效作用时，表面活性剂1的摩尔分数α*：
1 0,2 c 0,cmm c K cK 1(2( MM )1 )( X (X 1 *1 )*2 )21
*
C1M C2M
X1* 1X1*
exp[ M(12X1*)]
1C1M C2M
X1* 1X1*
exp[ M(12x1*)]
• 在阳离子表面活性剂溶液中加入非离子表面活性剂，可以 使临界胶束浓度显著降低
图9-7 十六烷基三甲基溴化铵与壬基酚聚氧乙烯醚 复配体系临界胶束浓度与活性剂浓度的关系
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9.3.6 非离子-非离子表面活性剂复配体系
• 多数聚氧乙烯型非离子表面活性剂的产品本身便是混合物， 其性质与单一物质有较大差异
• 例如，单一的十二烷基硫酸钠在降低水的表面张力、起泡、 乳化及洗涤等性能方面远不如含有少量十二醇等物质的品 种。
• 在洗涤剂配方中，也常常加入少量的十二酰醇胺或氧化二 甲基十二烷基胺，用以改善产品的起泡性能和洗涤性能。
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9.1 表面活性剂分子间的相互作用参数
• 表面活性剂的最基本性质
– 在表面或界面形成定向吸附 – 在溶液内部形成胶束
2. 疏水基团的影响
随表面活性剂疏水基碳链长度的增加，βσ和βM变得更负，即绝 对值增加，且为负值
表面活性剂的复配
五、阳离子-非离子表面活性剂复配体系
在阳离子表面活性剂溶液中加入非离子表面 活性剂，可以使临界胶束浓度显著降低。 是阳离子表面活性剂的离子基团与非离子 表面活性剂的极性聚氧乙烯基相互作用的 结果。
六、非离子-非离子表面活性剂复配体系
多数聚氧乙烯非离子表面活性剂本身便是混合物， 其性质与单一物质有较大差别，通常疏水基相同、 环氧乙烷加成数相近的两种非离子表面活性剂混 合时，近乎理想溶液，容易形成混合胶束，其混 合物的亲水性相当于这两种物质的平均值，当两 种表面活性剂的环氧乙烷加成数和亲水性相差较 大时，混合物的亲水性高于二者的平均值，油溶 性的品种有可能增溶于水溶性表面活性剂的胶束 中。
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由此可以看出，引入分子间相互作用参数 后，可以定性地了解两种表面活性剂分子 间的作用情况，是相互吸引还是相互排斥， 作用力的强弱如何。并可通过相关公式计 算并判断出两种表面活性剂混合后是否产 生复配效应，并可进一步求出产生最大加 和效应时复配体系的组成，即两种表面活 性剂的复配比例，这为表面活性剂复配的 应用提供了理论指导。
二、形成混合胶束
当复配体系水溶液形成混合胶束的临界胶束 浓度低于其中任何一种单一表面活性剂的 临界胶束浓度时，即称为产生正加和增效 作用；如果混合物的临界胶束浓度比任何 一种单一组分的高，则称产生负加和增效 作用。
三、综合考虑
将降低表面张力和形成混合胶束综合起来看， 正加和增效是指两种表面活性剂的复配体 系在混合胶束的临界胶束浓度时的表面张 力低于其中任何一种表面活性剂在其临界 胶束浓度时的表面张力，相反则产生负加 和增效作用。
二、影响分子间相互作用参数的因素
大部分混合体系的β值为负值，即两种表面活 性剂分子间是相互吸引的作用。这种吸引 力主要来源于分子间的静电引力，与表面 活性剂分子结构密切相关，并受温度及电 解质等外界因素的影响。
表面活性剂复配技术研究
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表面活性剂复配对1
表面活性剂复配对1/3焦煤润湿性能的影响研究摘要：以1/3焦煤为研究对象，选取5种表面活性剂，通过接触角、表面张力和沉降实验，研究表面活性剂及其复配溶液对煤尘润湿性能的影响；通过红外光谱实验，分析复配溶液对煤表面官能团的影响。
结果发现当表面活性剂的浓度达到CMC 后，继续增加表面活性剂的浓度，表面活性剂的表面张力、接触角和煤尘的沉降速度呈现不同的变化规律，分析认为表面活性剂分子吸附状态发生变化是导致这种现象发生的原因；0.4wt%APG0810+0.4wt%JFC-E 的等质量复配溶液，对1/3焦煤有着显著的协同润湿效应。
煤尘沉降速度达到了45.45mg/s 。
煤样经0.4wt%APG0810+0.4wt%JFC-E 的复配溶液浸泡处理后，含氧官能团和亲水官能团的比例升高，分别达到了50.24%和83.65%。
由此推断，复配后表面活性剂分子在煤尘上有更高的吸附密度。
关键词：1/3焦煤；煤尘；表面活性剂；复配溶液；润湿中图分类号：X964文献标识码：A文章编号：2095-0438（2024）03-0145-06（1.安徽理工大学安全科学与工程学院；2.安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心安徽淮南232001)在煤炭开采过程中，会产生大量的煤尘，其中综采工作面和掘进工作面煤尘浓度可达3000mg/m 3[1]。
远远超过国家标准，严重危害煤矿企业的安全生产与煤矿工人的身体健康[2]。
由于煤表面有大量的芳香族、脂肪族等疏水性官能团，而且纯水的表面张力高达72mN/m ，导致纯水难以在煤的表面铺展，对煤尘的润湿效果有限[3-5]。
国内外学者研究发现，在水中添加表面活性剂能大幅降低水的表面张力，提高对煤尘的润湿效果[6-8]。
朱森等[9]合成了一种Gemini 阴离子表面活性剂,研究发现Gemini 阴离子表面活性剂在降低水的表面张力方面具有极高的效率。
张政等[3]研究发现，十二烷基硫酸钠（SDS ）溶液对烟煤有良好的润湿效果。
表面活性剂的复配原理
表面活性剂的复配原理表面活性剂的复配原理是指将不同种类的表面活性剂按一定的比例和方式组合使用，以达到更好的表面张力调节、乳化稳定以及分散悬浮等效果。
表面活性剂由亲水基和疏水基组成，亲水基具有亲水性，疏水基具有疏水性。
在液体中，亲水基会向水相靠近，而疏水基会向空气相靠近。
当表面活性剂溶解在液体中时，由于其分子有两个相对独立的界面，即表面活性剂分子的水溶液界面和水/空气界面。
在这两个界面上，亲水基和疏水基具有不同的定位，形成了所谓的吸附层，这种吸附行为也决定了表面活性剂的表面活性。
通过复配不同种类的表面活性剂可以调节表面张力和稳定乳液、分散悬浮体系。
具体原理如下：1. 鸟嘌呤类表面活性剂与短链烷基硫酸盐类表面活性剂的复配：鸟嘌呤类表面活性剂具有良好的乳化性能，但其乳化稳定性较差。
而短链烷基硫酸盐类表面活性剂具有良好的乳化稳定性。
因此，将两者复配使用可以提高乳化体系的稳定性，同时实现良好的乳化效果。
2. 非离子型表面活性剂与阳离子型表面活性剂的复配：非离子型表面活性剂在水性体系中具有较好的乳化性能，但其稳定性相对较差。
而阳离子型表面活性剂则具有良好的稳定性。
将两者复配使用可以同时实现较好的乳化效果和乳化稳定性。
3. 阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂的复配：阴离子型表面活性剂在水性体系中具有较好的分散悬浮性能，但其分散稳定性较差。
而非离子型表面活性剂具有较好的分散稳定性。
将两者复配使用可以提高分散悬浮体系的稳定性，同时实现良好的分散效果。
通过合理复配不同种类的表面活性剂，可以充分利用各种表面活性剂的特性，实现更好的表面张力调节、乳化稳定以及分散悬浮等效果。
表面活性剂及其复配体系
表面活性剂及其复配体系摘要：本文主要介绍了表面活性的种类、特性以及复配方法。
并着重介绍了复配体系的复配方法、性能以及应用用于学习交流。
关键词：阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂复配体系一、表面活性剂结构特征及分类表面活性剂是指既具有亲水性又具有亲油性，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
它是一大类有机化合物，他们的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，有很大的实用价值和理论意义。
为了达到稳定，表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式：1.在液面形成单分子膜将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥。
而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。
2.形成“胶束”胶束可为球形，也可是层状结构，都尽可能地将疏水基藏于胶束内部而将亲水基外露。
这类表面活性剂具有增溶作用。
如溶液中有不溶于水的油类（不溶于水的有机液体的泛称），则可进入球形胶束中心和层状胶束的夹层内而溶解。
按表面活性剂溶于水时的电性特征，表面活性剂可分为：①阴离子表面活性剂②阳离子表面活性剂③非离子表面活性剂④两性离子表面活性剂二、表面活性剂复配系统概述不同表面活性各自有其特点。
通常，改变表面活性剂应用性能的途径有两种：一种是根据结构与性能的关系设计合成新型表面活性剂，另一种是通过多种表面活性剂的复配得到具有优异性能的产品。
开发表面活性剂新品种往往难度很大，而且进行毒性安全性试验也很困难。
相比较而言，通过复配的方法改进体系的特性就比较迅速、经济、有效。
近年来，对表面活性剂复配协同增效的研究正在引起越来越多的重视，不同结构的表面活性剂组成的复配体系不仅可以形成多种多样的体相缔合结构，而且在界面上可以发生协同吸附，比单一表面活性剂体系降低界面张力的力更强，利用表面活性剂复配提高界面活性已经成为强化采油等应用领域有效的技术措施之一。
表面活性剂复配后，一方面由于分子间相互作用，性基团之间的静电排斥作用减小，排列更为紧密；另一方面，二者的碳氢链由于疏水效应也会相互吸引。
表面活性剂的复配
节ｐ ， 值 也就是界面膜 的 自然曲率 ， 使之与油滴 的 自
然 曲率 更 匹配 而 提高 乳液 的稳定 性 。
图 １ 界 面 上 的 表 面 活 性 剂 示 意 图
Ｆ ｇ ｒ Ｔｈ ｃ ｅ ｔ ｉ ｇ ａ ｏ ｕ ｆ ｃ ａ ｔ ｎ ｔ ｅｉ ｔｒａ ｅ ｉｕ ｅ １ ｅ ｓ ｈ ｍａ ｉ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｓ ｒａ ｔ ｎ ｎ ｅ ｆ ｃ ｃ ｏ ｈ
式 中 ， 为 表 面 活性 剂 尾 的体 积 ， 为 尾 的伸 展 长 ｖ ，
度 ， 为 表 面活 性剂 头 在界 面上 的投 影 面积 。 ａ
油 在 水 中乳 液 的Ｐ ＜１ 界 面 膜 为 弯 向油 滴 的 曲 ，
表 面活 性剂 分 子 在油 ／ 界 面上 ， 水 以亲 油端 （ ） 尾 溶 人 油 相 ，以亲 水 端 （ ） 在 界 面 的水 相 一 侧 ， 头 贴 如 图 １ 示 ， 自发 地 、有 序 地 堆 砌 成 一 个 有 自然 曲 所 并 率 的界 面 膜 ， 一 曲率 与 表 面 活 性 剂 分 子 的 几 何 形 这
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【 收稿 日期 ］ ０ ２ ０ — ０ ２ １— １ ２
堆 砌 参 数 （ 与 表 面 活性 剂 分 子 的几 何 形 状 关 Ｐ）
系设 定 如下 ：
ｖｌ ／
Ｄ —— 口
平 衡 值 （ Ｂ） ， ２ 表 面 活 性 剂 复 配 比使 用 单 ＨＬ 下 以 种
一
的 表 面 活 性 剂 有 更 好 的 乳 化 稳 定 性 。这 是 因 为 ，
表面活性剂及其复配体系
表面活性剂的特性
表面活性
表面活性剂能够显著降低溶液的表面张力，使其 低于纯溶剂的表面张力。
分散性
表面活性剂能够将固体颗粒分散于液体中，形成 稳定的悬浮液。
ABCD
润湿性
表面活性剂能够增加固体表面与液体之间的接触 面积，使液体更好地润湿固体表面。
乳化性
表面活性剂能够将一种液体分散于另一种不混溶 的液体中，形成稳定的乳状液。
复配体系的相容性
相容性原理
表面活性剂复配体系中的各组分 之间应具有良好的相容性，以保 证复配体系的稳定性和性能的发 挥。相容性的好坏主要取决于各 组分之间的相互作用和分子间的 排列。
相容性影响因素
相容性改善方法
影响复配体系相容性的因素主要 包括各组分的极性、溶解度参数、 分子量、官能团等。这些因素可 以通过影响分子间的相互作用和 排列，从而影响相容性的好坏。
要点二
热稳定性
表面活性剂复配体系应具有一定的热 稳定性，以便在实际应用中能够承受 一定的温度变化。热稳定性差的复配 体系在高温下容易发生分解、氧化等 反应，导致性能下降。
要点三
储存稳定性
表面活性剂复配体系应具有良好的储 存稳定性，以确保在长时间储存过程 中保持性能的稳定。储存过程中，复 配体系可能会受到光照、氧气、湿度 等因素的影响，因此需要采取适当的 措施来提高其稳定性。
为了提高复配体系的相容性，可 以采用混合溶剂、加入增溶剂或 乳化剂等方法来改善各组分之间 的相互作用和分子排列。同时， 选择合适的表面活性剂种类和浓 度也是提高相容性的关键因素表面活性剂能够降低水的表面张力，使污渍更容易被 去除。
防锈
一些表面活性剂可以形成保护膜，防止金属腐蚀和生 锈。
环境友好型表面活性剂的开发
表面活性剂的基本性质和应用 习题
去污剂 油/水乳化剂
润湿剂与 铺展剂 水/油乳化剂
大部分消泡剂
亲水亲油平衡值
非离子表面活性系的HLB值具有加和性
• 例如简单的二组分非离子表面活性剂体系的HLB 值可计算如下： HLBa×Wa+HLBb× ：上式不能用于混合离子型表面活性剂HLB值的计算
常用表面活性剂的HLB值可查表得到
亲水亲油平衡值
（二）HLB值的理论计算法 HLB基团数（group numble） 表面活性剂的HLB值看成是分子中各种结构基团贡献 的总和：
HLB=∑(亲水基团HLB数）－ ∑（亲油基团 HLB值）＋7
注：表面活性剂的一些常见基团及其HLB基团数查表 可得
三、表面活性剂的增溶作用
（一）胶束增溶
二 亲水亲油平衡值
（一）HLB值的概念
亲水亲油平衡值 ( hydrophile - lipophile balance , HLB ) 表面活性剂分子中亲水和亲油基团 对油或水的综合亲和力
亲水亲油平衡值
根据经验：
• 表面活性剂的HLB范围值限定在0~40 • 非离子表面活性剂的HLB值范围为0～20 • 完全由疏水碳氢基团组成的石蜡分子的HLB值为 0 • 完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的HLB 值为20 • 亲水性表面活性剂有较高的HLB值，亲油性表面 活性剂有较低的HLB值
在一定浓度范围的表面活性剂溶液中，胶束成球
形结构。 随着溶液中表面活性剂浓度增加（20%以上），胶 束转变成具有更高分子缔合数的棒状胶束，甚至六 角束状结构 表面活性剂浓度更大时，成为板状或层状结构 变化趋势：紊乱分布 液态 规整排列 液晶态
胶束的形态
（三） 临界胶束浓度测定
当表面活性剂的溶液浓度达到临界胶束浓度 时，除溶液的表面张力外，溶液的多种物理 性质，如摩尔电导、粘度、渗透压、密度、 光散射等发生急剧变化 或者说，溶液物理性质发生急剧变化时的浓 度即该表面活性剂的CMC，利用此特性，可 测定CMC值