Anionic Polyelectrolyte-Cationic Surfactant Interactions in Aqueous Solutions and Foam Films Stability

Interactions entre polyélectrolytes anioniques et tensioactifs cationiques en solutions aqueuses et stabilité des films de mousses

D. Langevin¹, A. Asnacios², J. F. Argillier³ and V. Bergeron⁴

¹ Centre de Recherche Paul Pascal
² Institut Curie
³ Institut Français du Pétrole
⁴ Rhône-Poulenc

Abstract

The objective of this work is to study polymer/surfactant interactions in aqueous solution and at the air/water interface. These interations are involved in many physicochemical phenomena, such as colloidal stabilization and wettability which are of major importance in oil application as for exemple drilling muds. More precisely, we have attempted to characterize interactions between a non surface active anionic copolymer (acrylamide/acrylamide sulfonate) and an oppositely charged cationic surfactant (C12 TAB). Our results show a synergestic surface tension lowering (coadsorption) at extremely low surfactant concentrations (10 to the power of (-3) to 10 to the power of (-1) CMC). At higher concentrations, namely above the so called Critical Aggregation Concentration (CAC), polymer-surfactant complexes form in the bulk and the macromolecules precipitate out of the solution. Foam films made from these mixed solutions are stable while C12TAB films are unstable. Disjoining pressure measurements on mixed films with surfactant concentration two orders of magnitude below the CAC show the existence of long range repulsive forces and a discrete film thickness transition. At the CAC, we obtain mixed films with gel-like networks that are strongly affected by the film thinning rate.

Résumé

L'objectif de cette étude est d'étudier les interactions polymère/tensioactif en solution aqueuse et à l'interface eau/air. Ces interactions interviennent dans de nombreux phénomènes physico-chimiques tels que la stabilisation de suspensions colloïdales et la mouillabilité qui sont d'une importance majeure dans les applications pétrolières comme, par exemple, les boues de forage. Plus précisément, nous avons essayé de caractériser les interactions entre un copolymère anionique n'ayant pas d'activité de surface (acrylamide/acrylamide sulfoné) avec un tensioactif de charge opposée cationique (C12TAB). Nos résultats montrent une diminution synergique de la tension superficielle (coadsorption) à des concentrations en tensioactifs très faibles (10 puissance (-3) à 10 puissance (-1) CMC). À plus fortes concentrations, en particulier supérieures à la concentration critique d'agrégation (CAC), des complexes polymères/tensioactifs se forment en solution et les macromolécules précipitent. Les films minces réalisés à partir de ces solutions sont stables, alors que les films C12TAB sont instables. Les mesures de pression de disjonction sur des films mixtes avec des concentrations en tensioactifs de deux ordres de grandeur en dessous de la CAC montrent l'existence de forces de répulsion à longue portée et une transition discrète d'épaisseur du film. À la valeur de la CAC, nous obtenons des films mixtes avec des réseaux similaires à un gel qui sont fortement affectés par la vitesse d'amincissement du film.