2實驗結果分析

2.1體系界(jie)面流變性

2.1.1 CO2乳液體系界面張力(li)實驗

表面(mian)活性劑水溶液的密度(du)與(yu)純水體系相近，其密度(du)根據飽(bao)和水蒸氣溫(wen)度(du)-壓(ya)力(li)-密度(du)-熱力(li)學參數對照表確定，CO2密度(du)與(yu)壓(ya)力(li)溫(wen)度(du)的關系見圖(tu)3。

圖3不同溫度(du)下CO2壓力隨溫度(du)的變(bian)化

表面活性(xing)劑水溶液(ye)液(ye)滴在CO2中的形狀隨溫度(du)變化較小，隨壓力變化關系見(jian)圖4。

圖4液(ye)滴形(xing)狀隨(sui)壓(ya)力的(de)變化

懸滴(di)法測定(ding)液體的表面(mian)和界面(mian)張(zhang)力原理見圖(tu)5。其(qi)中，de為(wei)懸滴(di)最大直(zhi)徑(jing)；d10為(wei)離頂點(dian)距(ju)離為(wei)de處懸滴(di)截面(mian)直(zhi)徑(jing)。

(1)

式中(zhong)，b為懸滴(di)底端(軸(zhou)x)的(de)曲率(lv)半徑;R為懸滴(di)輪廓上(shang)一點(dian)p(x，z)在(zai)紙平(ping)面上(shang)的(de)主曲率(lv)半徑;φ為輪廓線上(shang)p(x，z)點(dian)處的(de)切線與x軸(zhou)的(de)夾角;β為體系(xi)的(de)Bond number，稱(cheng)為液滴(di)的(de)形狀因子，因為它(ta)的(de)值(zhi)直接(jie)決(jue)定了液滴(di)的(de)形狀。

(2)

γ=Δρgα2.

(3)

式中(zhong)，Δρ為(wei)液滴相與周(zhou)圍相之(zhi)間的(de)密度差;g為(wei)重力(li)加速度;γ為(wei)表面(mian)/界面(mian)張力(li);α為(wei)體系的(de)毛(mao)細管常數。

一個懸滴(di)在達到靜力(界(jie)面(mian)張力對(dui)重力)平衡時，其輪(lun)廓(kuo)可通過(guo)懸滴(di)底端的(de)曲率半徑b和液滴(di)的(de)形狀因子(zi)β來確定。TRACKER-H型(xing)界(jie)面(mian)流變儀(yi)就是利用該(gai)原理對(dui)圖像進行計算處理得(de)出(chu)界(jie)面(mian)相關參數(shu)。

(1)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)的(de)影(ying)響。壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)的(de)影(ying)響見圖6。可以看出，CO2-AOT體(ti)系(xi)(xi)的(de)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)隨著壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)升(sheng)高(gao)(gao)逐漸降低，約在(zai)8 MPa時(shi)體(ti)系(xi)(xi)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)開(kai)始達到最低，之后壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)繼續升(sheng)高(gao)(gao)，體(ti)系(xi)(xi)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)趨于(yu)(yu)(yu)穩定。原因在(zai)于(yu)(yu)(yu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)升(sheng)高(gao)(gao)會導致(zhi)CO2-AOT兩相(xiang)的(de)密度(du)差減小，有利于(yu)(yu)(yu)體(ti)系(xi)(xi)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)的(de)降低;同時(shi)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)使(shi)得AOT在(zai)CO2中的(de)溶解度(du)增加(jia)，使(shi)得CO2在(zai)兩相(xiang)界(jie)面(mian)(mian)上吸引(yin)更多的(de)表面(mian)(mian)活性(xing)劑分子，有利于(yu)(yu)(yu)表面(mian)(mian)活性(xing)劑降低界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)。當壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)增加(jia)到8 MPa時(shi)，此時(shi)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)繼續增加(jia)，兩相(xiang)的(de)密度(du)差和(he)CO2的(de)溶解度(du)系(xi)(xi)數均增加(jia)緩慢，導致(zhi)界(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)(li)趨于(yu)(yu)(yu)穩定。

圖5懸(xuan)點法測定(ding)界面張(zhang)力(li)示意圖

圖6不同溫度下壓力對(dui)平衡界面張力的影響

(2)溫(wen)度(du)對界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)影(ying)響。溫(wen)度(du)對界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)影(ying)響見圖6。可以看出，當體(ti)系壓力(li)(li)(li)一定，體(ti)系界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)隨(sui)著溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)而增大，說明溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)不(bu)利(li)于(yu)體(ti)系界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)。原因在于(yu)CO2乳液是熱(re)力(li)(li)(li)學不(bu)穩(wen)定體(ti)系，隨(sui)著溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)，CO2本身的(de)(de)(de)溶解度(du)系數和密度(du)均有所降(jiang)低(di)，分子(zi)熱(re)運動(dong)的(de)(de)(de)加(jia)劇也(ye)不(bu)利(li)于(yu)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)上AOT分子(zi)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)，導致界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)處的(de)(de)(de)AOT分子(zi)數目(mu)降(jiang)低(di)，最終導致體(ti)系界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)升(sheng)高(gao)。

2.1.2 CO2乳液體系界面黏彈性實驗

乳液的穩定性(xing)(xing)很(hen)大程(cheng)度上取決于界(jie)(jie)面(mian)(mian)膜的性(xing)(xing)質，而界(jie)(jie)面(mian)(mian)黏彈性(xing)(xing)是表征界(jie)(jie)面(mian)(mian)膜機械(xie)強(qiang)度的重要參數，通常用界(jie)(jie)面(mian)(mian)擴張(zhang)模量(ε)表征界(jie)(jie)面(mian)(mian)黏彈性(xing)(xing)的強(qiang)弱，定義為界(jie)(jie)面(mian)(mian)張(zhang)力變(bian)化與相對(dui)界(jie)(jie)面(mian)(mian)面(mian)(mian)積變(bian)化的比值，即

ε=dγ/dlnA(4)

式中，γ為界面(mian)張力;A為界面(mian)面(mian)積。

(1)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)界(jie)(jie)面(mian)黏(nian)彈(dan)性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)CO2-AOT水溶(rong)液體(ti)系擴(kuo)張(zhang)模(mo)(mo)(mo)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響見圖(tu)7。界(jie)(jie)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)張(zhang)模(mo)(mo)(mo)量(liang)與(yu)實(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)頻率(lv)有(you)關(guan)，實(shi)驗(yan)選取0.1 Hz為(wei)振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)頻率(lv)，振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)頻率(lv)在實(shi)驗(yan)過程中(zhong)保(bao)持不變(bian)，排出振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響。可(ke)以看出，CO2-AOT水溶(rong)液體(ti)系擴(kuo)張(zhang)模(mo)(mo)(mo)量(liang)隨(sui)著(zhu)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)而增(zeng)大，當壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)升(sheng)高(gao)至(zhi)(zhi)8 MPa后體(ti)系的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)張(zhang)模(mo)(mo)(mo)量(liang)趨(qu)于穩(wen)定。這(zhe)是(shi)因為(wei)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)會導致CO2-AOT界(jie)(jie)面(mian)處的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)度增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，流體(ti)變(bian)稠，界(jie)(jie)面(mian)面(mian)積的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)需要(yao)更(geng)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li);同(tong)時壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)升(sheng)高(gao)導致CO2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)密度增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，范德華力(li)(li)(li)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，對(dui)界(jie)(jie)面(mian)處的(de)(de)(de)(de)(de)(de)AOT分子有(you)更(geng)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸引力(li)(li)(li)，使得AOT分子在界(jie)(jie)面(mian)處更(geng)緊密的(de)(de)(de)(de)(de)(de)排列，使得界(jie)(jie)面(mian)黏(nian)彈(dan)性大大增(zeng)加(jia)(jia)(jia)，但(dan)是(shi)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)升(sheng)高(gao)至(zhi)(zhi)8 MPa后，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)使流體(ti)變(bian)稠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)(li)減弱(ruo)，擴(kuo)張(zhang)模(mo)(mo)(mo)量(liang)趨(qu)于穩(wen)定。

圖7不同(tong)溫度下擴(kuo)張模量(liang)隨壓力的變(bian)化關系

(2)溫度對界(jie)面(mian)(mian)(mian)黏彈性的影(ying)響。從圖7也可(ke)得(de)(de)出溫度對CO2-AOT水溶液體(ti)(ti)系(xi)(xi)擴張模量(liang)的影(ying)響規(gui)律。CO2-AOT水溶液體(ti)(ti)系(xi)(xi)的擴張模量(liang)隨著溫度的升(sheng)高(gao)逐(zhu)漸降低(di)，說明升(sheng)高(gao)溫度對體(ti)(ti)系(xi)(xi)界(jie)面(mian)(mian)(mian)黏彈性具有不(bu)利(li)影(ying)響。其(qi)機制在于溫度升(sheng)高(gao)使得(de)(de)CO2對界(jie)面(mian)(mian)(mian)處AOT分子(zi)的吸(xi)引力減(jian)弱，不(bu)利(li)于AOT分子(zi)在界(jie)面(mian)(mian)(mian)處的排(pai)列，也不(bu)利(li)于AOT分子(zi)在界(jie)面(mian)(mian)(mian)處的吸(xi)附，從而導致界(jie)面(mian)(mian)(mian)擴張模量(liang)降低(di)，界(jie)面(mian)(mian)(mian)膜的強度下降。