Файл: Ахметшин М.А. Применение поверхностно-активных веществ на нефтепромыслах Туркмении.pdf

бою анионактмвные моющие вещества- В водной средб они диссоциируют на ионы по следующей общей схеме:

где R— углеводородная цепь, которая входит в состав аниона, являющегося, таким образом, носителем поверх­ ностной активности, тогда как катион Na является обычным, характерным для поверхностно-пнактпвныч

неорганических солеи (типа NaCl).

В случаях катпонактивных поверхностно-активных веществ активными свойствами обладают именно кати­ оны— положительно заряженная группа. Катионактивные вещества являются солями (например, хлористыми)

органических основании типа алкпламннов RNIR-j- H/Cl или солями четырехзамещенного аммония

этим катионактнвные вещества синтезируются и на ос­ нове азотосодержащего основания — пиридина C5H5N — и его производных.

Неионогенные поверхностно-активные вещества раст­ воряются в воде в виде отдельных молекул, не распада­ ющихся на ионы; их молекулы действуют как целые электронейтральные единицы. Таковы, например, эфиры полиэтиленгликоля и алкилфенолов:

Сю I-R.TH-! С, К, О (С Н,, — С Н20)„ - С Н2 - С Н, - О Н

26

Обычно m = 8 и соответствующие вещества кратко именуются «ОП» с присоединением числа, указываю­ щего на степень полимеризации (под полимеризацией понимают процесс объединения большого числа одно­ родных молекул в одну крупную)-

Катионактивные и молекулярные-неионогенные ПАВ наиболее химически устойчивы: они одинаково хорошо применимы и в кислой, и в нейтральной, и в щелочной среде и не взаимодействуют с жесткими солями (каль­ ция и магния).

Анионактивные вещества и прежде всего мыла, т. е. щелочные соли жирных кислот, наименее устойчивы, они образуют в жесткой воде нерастворимые осадки каль­ циевых и магниевых мыл (RCOO)2Ca и (RCOO) 2 Mg. Например, в жесткой воде обычные мыла не только не моют, но могут загрязнять и портить отмываемые по­ верхности осадками кальциевых мыл. Поэтому для эф­ фективного использования обычных «жировых мыл» в качестве ПАВ необходимо применять их в мягкой воде или «умягчая» воду добавлением щелочных электроли­

C17HS3COO Na— весьма мало растворимы в холодной воде, и максимум их моющего действия приходится на 60°С.

Анионактивные мыла с сульфогруппой в качестве по­ лярной группы значительно устойчивее к жесткой воде, так как соответствующие Са и Mg соли лучше растворимы в водной среде. Таковы алкилсульфаты и алкилбензолсульфоновые кислоты RC6H4SO0OH, где R= C)2H25 (додецил), и их щелочные соли — сульфонаты [29].

Раньше жировые мыла получались нейтрализацией щелочью жирных кислот растительных масел и живот­ ных жиров. Теперь успехи химического синтеза привели

27

к тому, что все типы ПАВ могут синтезироваться на за­ водах из нефтяных углеводородов (нефтяного сырья).

Действие ПАВ сводится в основном к вызываемому ими изменению смачиваемости. Явления смачивания и гистерезиса смачивания определяют молекулярную при­ роду и структуру поверхности, поэтому необходимо бо­ лее подробно остановиться на изменении избирательного смачивания при адсорбции ПАВ на смачиваемой по­ верхности. Рассмотрим два случая:

1. Твердая поверхность (например поверхность ми­ нерала) первоначально является гидрофильной ( В > 0 ) , т. е. преимущественно смачивается водой в присутствии углеводородной жидкости. Введенное в систему ПАВ адсорбируется главным образом на поверхности раздела с наибольшей разностью полярностей, т. е. на границе минерал (п)— углеводород (и), из неполярной фазы В

зцп — obn

Поверхностно-активные молекулы, адсорбируясь на границе гидрофильной минерал-углеводород, ориентиру­ ются в адсорбционном слое всегда таким образом, что к поверхности обращены полярные группы, а в окружа­ ющую среду направлены углеводородные радикалы, ко­ торые уравнивают разность полярностей, и делают ча­ стицу минерала гидрофобной.

При гидрофильной стенке, когда жидкостью (в) является вода, а жидкостью (н) бензол или керосин, смачивание, равное почти + 1 для чистых жидкостей, резко падает от прибавления небольших количеств ПАВ.

Падение В с увеличением концентрации ПАВ сна­ чала резкое, затем становится малым. При этом сма­

28

ного и па границе двух жидкостей, но вызванное этим

мой неполярной углеводородной жидкостью в присут­ ствии воды. Адсорбция ПАВ происходит тогда на по­ верхности твердого тела преимущественно из водной фазы, т. с. па границе с наибольшей разностью поляр­

Таким образом, ПАВ. адсорбирующиеся на поверх­ ности раздела с наибольшей разностью полярностей, всегда уменьшают абсолютную величину избиратель­

29

ванне тела водой, если первоначально оно было гид­ рофобным и водой не смачивалось.

Академик П. А. Ребиндер классифицирует поверх­ ностно-активные вещества по механизму действия на четыре большие группы [29].

К первой группе относятся вещества, поверхностноактивные на границе жидкость-газ (воздух), но не образующие сетчатых структур ни в объеме, ни в ад­ сорбционных слоях и являющиеся низкомолекулярны­ ми веществами, истинно растворимыми в воде. Ти­ пичным примером являются спирты. Все они в виде добавок к воде являются слабыми смачивателями: по­

тая в тонкие пленки. По своему строению пены подоб­ ны высококонцентрированным эмульсиям.

Пены можно получать, продувая воздух через жид­ кость. Если продувать воздух через чистую жидкость (воду), топена не образуется. Если же к воде добав­ лено ПАВ — стабилизатор, — образуется устойчивая обильная жидкая пена. Жидкую пену, стабилизирован­ ную одним ПАВ, можно разрушить, добавив более ак­ тивное другое ПАВ, вытесняющее пенообразователь с поверхности пузырьков [17]. Таким образом, к первой группе ПАВ относятся и пеногасители, являющиеся более активными ПАВ по сравнению с пенообразова­ телями.

Ко второй группе относятся вещества, поверхност­ но-активные па границе двух несмешпвающнхся жид-

30

K c c T e i i или па твердых поверхностях раздела, по не образующие структур ни в. объеме раствора, ни в по­

верхности) ю энергию жидкости или твердого тела, они облегчают процесс образования новых поверхностен, т. с. диспергирования в данной среде. Таковы процессы эмульгирования жидкостей, диспергирования твердых тел.

Наиболее важным и своеобразным является ад­ сорбционное понижение прочности твердых тел, т. е. облегчение их диспергирования при действии внешних

их развитие облегчается адсорбцией.

Предельным случаем является адсорбционное само­ произвольное диспергирование вследствие понижения поверхностной энергии до очень низких значений под влиянием ПАВ. Именно таково самопроизвольное эмульгирование под влиянием больших добавок ПАВ (например, образование устойчивой водно-нефтяной эмульсин при наличии в нефти природных ПАВ — эмульгаторов) и «распускание» (коллоидное раство­ рение) бентонитовых глии в воде.

Диспергаторы являются одновременно и пептпзаторамн. Пептнзацпей называется процесс диспергирова­ ния рыхлых агрегатов, слабо связанных молекулярны­ ми силами и потому легко распадающихся на отдель­ ные первичные частицы под влиянием адсорбции.

ПАВ первой группы, адсорбирующиеся на границе вода-воздух, почти всегда являются поверхностно-ак­ тивными на жидких п твердых поверхностях, т. е. в

31