3結果與討論

3.1疏水改性聚(ju)丙烯酰胺（HMPAM）水溶液-煤油(you)體系的界(jie)面(mian)擴(kuo)張流(liu)變參數

HMPAM分(fen)(fen)(fen)子中包(bao)含疏水嵌(qian)段(duan)，具有(you)一定的(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)活性(xing)(xing)，質量(liang)(liang)濃(nong)度(du)為(wei)(wei)(wei)1750mg／L的(de)HMPAM水溶(rong)液與煤油間(jian)的(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力約為(wei)(wei)(wei)26mN／m。不同濃(nong)度(du)HMPAM溶(rong)液-煤油體(ti)系(xi)的(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)擴(kuo)張(zhang)彈性(xing)(xing)和(he)擴(kuo)張(zhang)黏性(xing)(xing)的(de)全(quan)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)譜如圖(tu)2所(suo)示。擴(kuo)張(zhang)彈性(xing)(xing)模量(liang)(liang)εd是擴(kuo)張(zhang)模量(liang)(liang)的(de)實數部(bu)分(fen)(fen)(fen)，反映了面(mian)(mian)(mian)積變(bian)(bian)化(hua)時(shi)界(jie)面(mian)(mian)(mian)上分(fen)(fen)(fen)子間(jian)相互作(zuo)用的(de)改(gai)(gai)變(bian)(bian)程(cheng)(cheng)度(du)，表征界(jie)面(mian)(mian)(mian)膜抵(di)抗形變(bian)(bian)的(de)能力，其(qi)來源是界(jie)面(mian)(mian)(mian)分(fen)(fen)(fen)子因(yin)擾動偏離平(ping)衡狀態(tai)導致的(de)能量(liang)(liang)改(gai)(gai)變(bian)(bian)。從(cong)圖(tu)2可(ke)以(yi)明顯看出，當頻(pin)率(lv)(lv)(lv)較低(di)時(shi)，εd接近零，這是由于過(guo)于緩慢(man)的(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)擾動所(suo)造成(cheng)的(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力梯度(du)在實驗時(shi)間(jian)內幾乎可(ke)以(yi)完全(quan)消除所(suo)致；當頻(pin)率(lv)(lv)(lv)足(zu)夠高(gao)時(shi)，εd達到一個平(ping)臺值(zhi)，說(shuo)明此時(shi)的(de)工作(zuo)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)已(yi)遠大于發生在油-水界(jie)面(mian)(mian)(mian)上和(he)界(jie)面(mian)(mian)(mian)附(fu)近的(de)各種弛豫過(guo)程(cheng)(cheng)的(de)特征頻(pin)率(lv)(lv)(lv)，擾動過(guo)程(cheng)(cheng)中各過(guo)程(cheng)(cheng)不再(zai)發生作(zuo)用，界(jie)面(mian)(mian)(mian)膜類似(si)不溶(rong)膜；在中間(jian)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)范圍內，εd隨頻(pin)率(lv)(lv)(lv)增(zeng)(zeng)加而(er)升高(gao)，這是因(yin)為(wei)(wei)(wei)當界(jie)面(mian)(mian)(mian)變(bian)(bian)形速(su)率(lv)(lv)(lv)加快(kuai)時(shi)，分(fen)(fen)(fen)子向新生成(cheng)界(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)擴(kuo)散吸附(fu)減少，界(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力梯度(du)增(zeng)(zeng)大，因(yin)而(er)εd隨變(bian)(bian)形速(su)率(lv)(lv)(lv)的(de)加快(kuai)而(er)增(zeng)(zeng)大。

圖2不同(tong)濃度(du)HMPAM水溶液(ye)-煤油體系界(jie)面擴(kuo)張(zhang)彈(dan)性（εd）和(he)擴(kuo)張(zhang)黏性（εi）的(de)全頻率譜(pu)

 擴張彈(dan)性全頻率(lv)譜上高頻平臺值稱為極限擴張彈(dan)性（ε0），其物(wu)理化學意義是當頻率(lv)足(zu)夠大、所(suo)有界面弛豫過程均可忽(hu)略(lve)時的(de)擴張彈(dan)性，如式（5）所(suo)示。

式(shi)（5）中，Γ為活(huo)性分(fen)子的(de)界面(mian)吸附量(liang)。當(dang)活(huo)性分(fen)子結構、濃(nong)度(du)一(yi)(yi)定時(shi)，ε0主(zhu)要受界面(mian)上分(fen)子間相互作用控制，為一(yi)(yi)常數。從圖(tu)2可以看(kan)出，隨著(zhu)HMPAM溶(rong)液濃(nong)度(du)增(zeng)(zeng)大(da)(da)，ε0快速增(zeng)(zeng)大(da)(da)，當(dang)質量(liang)濃(nong)度(du)為3000mg／L時(shi)，ε0值(zhi)高達180mN／m左右(you)。這是(shi)由(you)于高濃(nong)度(du)的(de)HMPAM溶(rong)液可以通過分(fen)子中的(de)疏水部分(fen)形成(cheng)二維界面(mian)網絡結構，具備較強的(de)彈性。

擴張黏性模(mo)量(liang)(liang)（εi）代表(biao)擴張模(mo)量(liang)(liang)的虛(xu)數部分(fen)，它與(yu)發(fa)生(sheng)在油-水界(jie)面上(shang)和界(jie)面附(fu)近(jin)的各(ge)種微(wei)觀弛(chi)(chi)豫過程對擴張模(mo)量(liang)(liang)的貢獻相關，每一個(ge)弛(chi)(chi)豫過程理(li)論上(shang)都會在黏性部分(fen)的全頻率譜上(shang)表(biao)現出一個(ge)極大值(zhi)。不過，如(ru)果不同類型弛(chi)(chi)豫過程的特征(zheng)頻率比較接(jie)近(jin)，則(ze)特征(zheng)峰(feng)會發(fa)生(sheng)疊加和變(bian)形。

當頻率(lv)較低時，界面(mian)張力(li)梯度(du)在實驗時間內(nei)幾乎可以完全消除，由(you)于界面(mian)形(xing)變所造成的(de)(de)(de)能(neng)量變化幾乎完全耗散(san)在環境中，對擴張模量的(de)(de)(de)貢獻可以忽略，εi接近于零(ling)；當頻率(lv)較高時，各種弛豫過(guo)程來不及發(fa)生，對擴張模量的(de)(de)(de)影響(xiang)也可以忽略，εi仍然接近于零(ling)；只有在適宜的(de)(de)(de)頻率(lv)范(fan)圍內(nei)，εi隨頻率(lv)變化而(er)變化，并在其弛豫過(guo)程的(de)(de)(de)特(te)征頻率(lv)處(chu)出現極大(da)值。

從圖(tu)2還可以看出，隨著HMPAM溶液(ye)濃(nong)度(du)增大，εi全頻(pin)率譜(pu)上的主峰峰值逐(zhu)漸(jian)增大，主峰對(dui)應的頻(pin)率向(xiang)高頻(pin)方向(xiang)移動。當HMPAM溶液(ye)質量濃(nong)度(du)大于1000mg／L后(hou)，主峰對(dui)應的特(te)征頻(pin)率約為1Hz。

當(dang)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)受(shou)到(dao)擾動(dong)(dong)時，線型低(di)(di)(di)相(xiang)(xiang)對分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)質量的(de)(de)活性(xing)分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)，如直鏈表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)、脂肪酸(suan)等主(zhu)要(yao)以擴散交(jiao)換(huan)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)為主(zhu)，其特(te)(te)征頻率在(zai)1Hz數量級(ji)；對于(yu)特(te)(te)殊結構(gou)(gou)的(de)(de)帶苯(ben)環和支(zhi)鏈化(hua)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)吸附膜的(de)(de)重排過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)對流(liu)變參數起重要(yao)作用，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)上的(de)(de)主(zhu)要(yao)弛(chi)(chi)豫過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)數目增(zeng)加(jia)(jia)。而驅油聚(ju)(ju)(ju)合(he)物的(de)(de)相(xiang)(xiang)對分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)質量在(zai)千萬(wan)數量級(ji)，當(dang)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)受(shou)到(dao)擾動(dong)(dong)時，分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)的(de)(de)擴散交(jiao)換(huan)可以忽略，以大分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)鏈在(zai)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)上的(de)(de)取向(xiang)、排列(lie)等變化(hua)為主(zhu)，特(te)(te)征頻率較低(di)(di)(di)；常規的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)水(shui)解(jie)聚(ju)(ju)(ju)丙烯酰胺，其主(zhu)要(yao)弛(chi)(chi)豫過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)特(te)(te)征頻率在(zai)0.1Hz至0.01Hz數量級(ji)。HMPAM不(bu)同于(yu)常規聚(ju)(ju)(ju)合(he)物之(zhi)處在(zai)于(yu)，其在(zai)一定濃(nong)度(du)(du)之(zhi)上會形成分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)間的(de)(de)網(wang)絡(luo)(luo)結構(gou)(gou)，網(wang)絡(luo)(luo)節(jie)點是(shi)不(bu)同分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)間疏(shu)水(shui)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)集(ji)體(ti)，因此，新增(zeng)了聚(ju)(ju)(ju)集(ji)體(ti)變化(hua)的(de)(de)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)。此過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)受(shou)疏(shu)水(shui)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)尺(chi)寸(cun)、疏(shu)水(shui)單(dan)體(ti)結構(gou)(gou)、聚(ju)(ju)(ju)合(he)物相(xiang)(xiang)對分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)質量等多種因素的(de)(de)影響。對于(yu)本研究的(de)(de)HMPAM，當(dang)濃(nong)度(du)(du)較低(di)(di)(di)時，尚未形成網(wang)絡(luo)(luo)結構(gou)(gou)，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)主(zhu)要(yao)弛(chi)(chi)豫過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)特(te)(te)征頻率較低(di)(di)(di)；隨著網(wang)絡(luo)(luo)結構(gou)(gou)的(de)(de)形成，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)膜強度(du)(du)增(zeng)大，黏性(xing)模量大幅度(du)(du)增(zeng)加(jia)(jia)，同時，主(zhu)要(yao)弛(chi)(chi)豫過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)向(xiang)高頻方(fang)向(xiang)移動(dong)(dong)。

3.2原油酸(suan)性組分(fen)對HMPAM水(shui)溶液-煤(mei)油體(ti)系(xi)的界面擴張流(liu)變參數的影響

含1.0%酸性(xing)組分(fen)的(de)煤油-不(bu)同濃度HMPAM水溶液體(ti)系(xi)的(de)界面擴張彈性(xing)和(he)(he)擴張黏性(xing)全(quan)頻(pin)率譜示于圖3。從圖3可以看出，此時εd和(he)(he)εi全(quan)頻(pin)率譜的(de)特征與不(bu)含酸性(xing)組分(fen)的(de)煤油-HMPAM體(ti)系(xi)類似，不(bu)過，ε0和(he)(he)εi的(de)最大(da)(da)峰(feng)值大(da)(da)大(da)(da)降低(di)，且其隨HMPAM溶液濃度變化的(de)趨勢也大(da)(da)不(bu)相同。

1.0%酸性(xing)組(zu)(zu)分(fen)(fen)對(dui)HMPAM水(shui)(shui)溶(rong)液(ye)-煤油體(ti)系(xi)(xi)的(de)(de)極限擴(kuo)張(zhang)彈(dan)性(xing)（ε0）和(he)擴(kuo)張(zhang)黏性(xing)最(zui)大(da)峰值(zhi)(zhi)（εi，max）的(de)(de)影響示于圖4。如前所(suo)述(shu)，不(bu)含酸性(xing)組(zu)(zu)分(fen)(fen)的(de)(de)HMPAM水(shui)(shui)溶(rong)液(ye)-煤油體(ti)系(xi)(xi)的(de)(de)ε0和(he)εi，max在(zai)其(qi)濃度（ρ（HMPAM））達到(dao)一(yi)定數值(zhi)(zhi)后(hou)(hou)，呈現(xian)隨(sui)(sui)濃度增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而(er)增(zeng)(zeng)大(da)的(de)(de)趨勢(shi)，這是由于二維網絡的(de)(de)產生所(suo)致。而(er)該體(ti)系(xi)(xi)中加(jia)(jia)入1.0%酸性(xing)組(zu)(zu)分(fen)(fen)后(hou)(hou)，ε0和(he)εi，max在(zai)ρ（HMPAM）達到(dao)一(yi)定數值(zhi)(zhi)后(hou)(hou)，呈現(xian)隨(sui)(sui)濃度增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而(er)降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)趨勢(shi)，且其(qi)數值(zhi)(zhi)遠低(di)(di)于不(bu)含酸性(xing)組(zu)(zu)分(fen)(fen)的(de)(de)體(ti)系(xi)(xi)。酸性(xing)組(zu)(zu)分(fen)(fen)能夠通(tong)過疏(shu)(shu)水(shui)(shui)作(zuo)(zuo)用(yong)與(yu)HMPAM中的(de)(de)疏(shu)(shu)水(shui)(shui)嵌段形(xing)成(cheng)聚集體(ti)，從而(er)削弱(ruo)了HMPAM分(fen)(fen)子間的(de)(de)締合作(zuo)(zuo)用(yong)，阻(zu)礙(ai)了二維網絡結構的(de)(de)形(xing)成(cheng)，大(da)大(da)降(jiang)低(di)(di)了膜強度，最(zui)終造成(cheng)隨(sui)(sui)ρ（HMPAM）增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而(er)ε0和(he)εi，max降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)結果。同時(shi)，低(di)(di)相對(dui)分(fen)(fen)子質量有機酸在(zai)油-水(shui)(shui)界面上的(de)(de)存在(zai)引入了快速的(de)(de)擴(kuo)散交換過程，也會造成(cheng)界面膜彈(dan)性(xing)的(de)(de)降(jiang)低(di)(di)。

圖3含1.0%酸(suan)性(xing)組分的(de)煤油-不同濃(nong)度HMPAM水溶液體系的(de)界面擴(kuo)張彈性(xing)（εd）和擴(kuo)張黏性(xing)（εi）全頻率譜

 圖4 1.0%酸性組分對HMPAM水溶液-煤油(you)體(ti)系極限擴張(zhang)彈性（ε0）和擴張(zhang)黏性最大峰值（εi，max）的影響

圖5含不同量酸性(xing)組分的煤(mei)油-1750mg／L HMPAM水溶液體系的界(jie)面擴(kuo)張彈性(xing)（εd）和擴(kuo)張黏性(xing)（εi）全頻率譜

含不(bu)同量酸(suan)性組分的(de)(de)煤油-1750mg／L HMPAM溶液體(ti)系的(de)(de)界(jie)面(mian)擴(kuo)張彈性和擴(kuo)張黏性全頻率譜示于(yu)圖(tu)5，其(qi)極限擴(kuo)張彈性和擴(kuo)張黏性最大峰值示于(yu)圖(tu)6。從圖(tu)6可以看出，隨著酸(suan)性組分量的(de)(de)增(zeng)加，ε0和εi，max逐(zhu)漸減低，這與固(gu)定(ding)酸(suan)性組分濃(nong)度改變聚合(he)物濃(nong)度得到的(de)(de)實驗結果相一致(zhi)。

3.3原(yuan)油(you)瀝(li)青質組分對(dui)HMPAM水(shui)溶液-煤油(you)體(ti)系界面擴張流變參數(shu)的(de)影響

含不同(tong)量瀝(li)青(qing)(qing)質(zhi)(zhi)的(de)煤(mei)油-1750mg／L HMPAM水溶液(ye)體(ti)系(xi)的(de)界(jie)面(mian)擴(kuo)(kuo)張彈性和(he)擴(kuo)(kuo)張黏(nian)性全頻率譜示(shi)于(yu)圖7，其(qi)極限擴(kuo)(kuo)張彈性和(he)擴(kuo)(kuo)張黏(nian)性最大峰(feng)值示(shi)于(yu)圖8。對(dui)比圖6和(he)圖8可以看出，盡管(guan)瀝(li)青(qing)(qing)質(zhi)(zhi)組(zu)(zu)分(fen)對(dui)HMPAM-煤(mei)油體(ti)系(xi)界(jie)面(mian)膜(mo)的(de)擴(kuo)(kuo)張彈性和(he)擴(kuo)(kuo)張黏(nian)性也(ye)有(you)降(jiang)(jiang)低作用，但較為(wei)微(wei)弱。酸性組(zu)(zu)分(fen)能將HMPAM-煤(mei)油體(ti)系(xi)的(de)極限擴(kuo)(kuo)張彈性從120mN／m降(jiang)(jiang)至10mN／m左右，而瀝(li)青(qing)(qing)質(zhi)(zhi)則只(zhi)能降(jiang)(jiang)至約70mN／m。這是(shi)由(you)于(yu)一(yi)方(fang)面(mian)，單一(yi)瀝(li)青(qing)(qing)質(zhi)(zhi)形成(cheng)的(de)界(jie)面(mian)膜(mo)自身具有(you)較高(gao)的(de)彈性；另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)，瀝(li)青(qing)(qing)質(zhi)(zhi)分(fen)子(zi)尺(chi)寸較大，與聚合物分(fen)子(zi)中疏水部分(fen)的(de)相互作用和(he)破壞網絡結(jie)構的(de)能力均比原油酸性組(zu)(zu)分(fen)弱。

圖6含不(bu)同量酸(suan)性(xing)(xing)組分(fen)的煤油-1750mg／L HMPAM水溶(rong)液體(ti)系(xi)的極限擴張彈(dan)性(xing)(xing)（ε0）和擴張黏性(xing)(xing)最大峰值（εi，max）

圖7含不同量瀝(li)青(qing)質(zhi)的(de)煤油-1750mg／L HMPAM水溶液體系的(de)界面(mian)擴(kuo)(kuo)張(zhang)彈性(xing)（εd）和擴(kuo)(kuo)張(zhang)黏性(xing)（εi）全頻率(lv)譜(pu)

圖8含不(bu)同量瀝青質的煤油-1750mg／L HMPAM水溶(rong)液(ye)體系的極限擴(kuo)張彈(dan)性（ε0）和(he)擴(kuo)張黏性最大(da)峰值（εi，max）

4結論

（1）在油-水體系中，疏水改性(xing)聚丙烯酰胺（HMPAM）分子間通過疏水作用在油-水界(jie)(jie)面(mian)上形成網絡結(jie)構，導致高濃度(du)時界(jie)(jie)面(mian)膜強(qiang)度(du)增(zeng)加，膜彈性(xing)呈指數增(zeng)大的趨勢。

（2）在(zai)油(you)(you)-水(shui)(shui)體系中，原油(you)(you)酸(suan)性組分(fen)分(fen)子(zi)與HMPAM分(fen)子(zi)的疏水(shui)(shui)部分(fen)相互作用，阻礙界面網(wang)絡結構的形成，大大降低(di)了界面膜(mo)的擴(kuo)張彈性和擴(kuo)張黏(nian)性。

（3）在油(you)-水體系中，瀝青質分(fen)子(zi)本身能形成彈性較(jiao)強(qiang)的(de)界面(mian)膜(mo)，且其較(jiao)大(da)的(de)分(fen)子(zi)尺寸不利于對網絡結構的(de)破壞，對HMPAM界面(mian)膜(mo)的(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)小。