第一章绪论

表面活性剂是一种具有亲水和亲油基团的两亲分子，这种特殊的两亲结构使得活性表面活性剂分子吸附于界面，能够在溶液界面定向排列，使得体系的界面状态发生改变，具有降低界面张力、增溶、起泡、乳化、润湿、分散等能力。多年来的研究与实践表明，单一表面活性剂的功能往往不够理想，利用表面活性剂复配可使应用性能得到较大程度的改善，因此表面活性剂复配协同效应的研究与应用一直很受关注。

长期以来，由于实验条件的限制，有关表面活性剂体系的研究大多仅限于体相缔合结构，，复配界面的信息相对较少。复配体系中表面活性剂的分子行为和相互作用决定其性能，在很多应用中界面吸附行为是关键，但由于对界面研究手段的限制，表面活性剂界面分子排布行为的详细信息比较缺乏，表面活性剂复配增效的微观机制仍不清晰；而且表面活性剂种类很多，蹄选出最优配方缺乏理论指导，如若盲目进行，不仅会加大工作量，并且常常得不到符合应用的配方。倘若从微观角度分子水平入手，研究表面活性剂之间的复配加合增效机制，就可以为驱油配方的设计与应用提供理论依据和指导。

1.1表面活性剂间的相互作用

两种或两种以上的表面活性剂的混合体系，其性能常常优于单一体系。例如，一种有名的优良洗漆剂配方，就是在焼基苯碌酸钠中加入了少量椰子油酸酷醇胺或氧化十二烧基二甲基胺，使得起泡性能和洗漆性能大为改善。所以，总是在实际应用中使用表面活性剂的混合物，并且一些现代研究方法和仪器的发展促进了混合表面活性剂体系的深入研究。

表面活性剂的复配增效作用，就是指不同表面活性剂间复配使性能进一步提高的效应。比如，阴离子表面活性剂加入适宜结构非离子型表面活性剂中，减弱了离子型表面活性剂极性头之间的电性斥力，并且两种分子碳氧链之间有疏水相互作用，使得分子更加紧密地排列，临界胶束浓度降低；同时离子表面活性剂可以使非离子表面活性剂的极性基团发生极化，形成偶极子，产生静电吸引。阴离子型与阳离子型表面活性剂混合物溶液在任何复配比例下都有协同作用，其效果并不受复配比例的影响，但体系摩尔比为1：1时增效作用最强，且体系基本没有盐效应。非离子表面活性剂分子中的氧原子在水溶液中部分质子化而具有正电性，因而与阳离子型表面活性剂复配效果不明显。

1.2油水界面层表面活性剂作用规律及影响因素

1.2.1表面活性剂结构对界面行为的影响

表面活性剂的结构不同，导致了它们在界面上的吸附行为不同，进而影响了油水界面张力的高低，最终导致界面活性的高低：亲水基与水相的相亲性越强，而亲油基与油相的相亲性越强，其降低油水界面张力的效率越高，即亲水能力和亲油能力相当时，界面张力很低，界面活性较高；表面活性剂头基间的斥力越大，表面活性剂在界面饱和吸附时的密度越低；同时具有高的界面效率和界面密度的表面活性剂具有较高的界面活性。

1.2.2无机盐对表面活性剂界面行为的影响

加入无机电解质能压缩离子型表面活性剂极性头周围的双电子层，部分屏蔽极性头间的电性斥力，影响其在界面上的吸附，使表面活性剂更易在界面上紧密排列，增强界面活性。

无机盐对非离子型表面活性剂界面行为的影响非常小，但是大量的无机盐主要通过盐析效应影响表面活性剂的性质。

第二章研究方法

由于受到实验手段复杂，实验条件苟刻等因素的限制，想要通过实验手段获得界面层内表面活性剂排布的微观信息较困难。采用分子模拟可以很好地弥补这些不足，提供界面分子排布的直观信息和分子微观行为的信息，并且可以规避样品的分离纯化带来的困难，从微观水平上分析分子的行为和性能规律为实际应用提供理论依据和指导。同时分子模拟也可以预测分子在界面上的信息，得到的结果可以为实验提供新的设计思路；反过来实验也可以验证模拟的正确性，最终实现实验与模拟的完美结合。

该文采用了界面张力、泡沫半衰期等实验手段和分子模拟方法相结合，考察了温度、无机盐和复配比例对复配表面活性剂的分子行为和分子排布规律的影响，并通过分子模拟从分子水平上揭示了无机离子对表面活性剂分子行为和复配协同作用的影响，取得的认识为高盐条件下低张力泡沫驱油体系的设计与应用提供理论依据和指导。

2.1模拟方法

2.1.1分子动力学模拟

分子动力学计算程序（如图2-2）按以下方式进行

2.2SDS与Betaine及其复配体系的界面行为研究

3.1.1SDS与Betaune及其复配体系在油水界面的排布行为与界面活性

图3-1（a）是7000ppmNaCl盐度条件下0.2wt%表面活性剂水溶液与正十二烧的界面张力随复配比例的变化曲线，可以看出，SDS与Betaine单一体系的界面张力均较高，复配体系的界面张力低于单一体系，并且随着Betaine比例的增加呈现先降低后升高的趋势，在SDS与Betaine比例为4:6（质量比）时界面张力最低。对SDS与Betaine及其复配体系在油水界面的排布行为进行了耗散颗粒动力学模拟，图3-1（b）是模拟计算出的界面张力随复配比例的变化曲线，趋势与实验测定结果完全吻合，复配体系的界面活性强于单组分体系，SDS与Betaine复配比例为4：6时界面张力最低。图3-1（c）是DPC模拟中表面活性剂在油水界面达到饱和吸附时的最大界面吸附量，从结果可以看出，单一SDS和Betaine体系的界面饱和吸附量均较小，复配体系在界面吸附达到饱和时的总分子个数高于单一体系，且SDS和Betaine质量比为4:6时最大界面吸附量较高。分子模拟和实验结果吻合得很好，均表明SDS和Betaine在油水界面具有协同吸附加合增效作用。图3-1中沿（c）线的小图是对应体系DPD模拟结果的剖面直观图，可以看出SDS和Betaine分子共吸附使得界面层内分子排布更均匀致密。

第三章十二烷基硫酸钠与甜菜碱在气液和油水界面行为及复配协同作用研究......18

3.1SDS与Betaine及其复配体系的界面行为研究........18

3.1.1SDS与Betaine及其复配体系在油水界面的排布行为与界面活性.....18

第四章脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与甜菜碱在气液和油水界面的界面行为和复配协同作用研究......33

4.1AES与Betaine羧基及其复配体系的界面行为研究.......33

第五章油相组成对界面行为的影响........45

5.1模拟方法...........45

5.1.1模拟所用的分子........45

第四章脂肪醇聚氧乙爆醚硫酸钠与甜菜碱在气液和油水界面的界面行为和复配协同作用研究

泡沫驱作为化学驱的一种，在油田钻井、采油中作用极大。复配表面活性剂稳定的泡沫用于驱油不仅能够提高驱油体系的发泡性能和泡沫稳定性能，还能有效地降低油水体系的界面张力。油藏的地层一般均为高盐、高温、高压的条件，这些荀刻条件对泡沫的性质，尤其泡沫稳定性影响极大。因此，研究复配的表面活性剂泡沫受盐度、温度的影响非常必要。

本章通过研究两性表面活性剂月桂酰胺基丙基甜菜碱Betaine与阴离子型表面活性剂十二烧基硫酸钠SDS复配体系的油水界面活性和泡沫稳定性，考察温度、无机盐及复配比例对两方面性能的影响，发现二者存在复配增效作用，复配体系的界面活性极大地优于单一体系，且该复配增效作用在有和时得到进一步加强，因此适合在高盐条件下应用。表面活性剂在油水和气液界面的分子行为很相似。在含有或时，与复配比例为4:6时加合增效作用较好，是较优配比，该复配体系在海水为介质的情况下同时具有较高的界面活性和泡沫稳定性。

该研究从油水和气液界面两个方面出发，从分子水平上揭示无机离子对表面活性剂分子行为和复配协同作用的影响，表面活性剂在界面上的微观行为的信息对于理解表面活性剂效能的理论基础的意义重大，取得的认识为高盐条件下低张力泡沫驱油体系的设计与应用提供理论依据和指导。

第五章油相组成对界面行为的影响香

本章通过分子模拟研究了有表面活性剂存在的香精油和水体系的界面行为和相行为，并探讨了表面活性剂在香精油与水界面上的排布行为，分析了表面活性剂对于香精油与水混合体系体相状态的影响，为实验提供了理论指导，并进一步指导香精油的应用。

5.1模拟方法

5.1.1模拟所用的分子

各油相的结构式如下：

混合油相1由oil1，2，3，4组成；混合油相2由oil 4，5，6组成；混合油相3由oil 5，8组成。

参考文献（略）