2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1體系界面流變性

2.1.1 CO2乳液體系界面張力實(shí)驗(yàn)

表面活性劑水溶液的密度與純水體系相近，其密度根據(jù)飽和水蒸氣溫度-壓力-密度-熱力學(xué)參數(shù)對(duì)照表確定，CO2密度與壓力溫度的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3不同溫度下CO2壓力隨溫度的變化

表面活性劑水溶液液滴在CO2中的形狀隨溫度變化較小，隨壓力變化關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4液滴形狀隨壓力的變化

懸滴法測(cè)定液體的表面和界面張力原理見(jiàn)圖5。其中，de為懸滴最大直徑；d10為離頂點(diǎn)距離為de處懸滴截面直徑。

(1)

式中，b為懸滴底端(軸x)的曲率半徑;R為懸滴輪廓上一點(diǎn)p(x，z)在紙平面上的主曲率半徑;φ為輪廓線上p(x，z)點(diǎn)處的切線與x軸的夾角;β為體系的Bond number，稱為液滴的形狀因子，因?yàn)樗闹抵苯記Q定了液滴的形狀。

(2)

γ=Δρgα2.

(3)

式中，Δρ為液滴相與周圍相之間的密度差;g為重力加速度;γ為表面/界面張力;α為體系的毛細(xì)管常數(shù)。

一個(gè)懸滴在達(dá)到靜力(界面張力對(duì)重力)平衡時(shí)，其輪廓可通過(guò)懸滴底端的曲率半徑b和液滴的形狀因子β來(lái)確定。TRACKER-H型界面流變儀就是利用該原理對(duì)圖像進(jìn)行計(jì)算處理得出界面相關(guān)參數(shù)。

(1)壓力對(duì)界面張力的影響。壓力對(duì)界面張力的影響見(jiàn)圖6。可以看出，CO2-AOT體系的界面張力隨著壓力的升高逐漸降低，約在8 MPa時(shí)體系界面張力開(kāi)始達(dá)到最低，之后壓力繼續(xù)升高，體系界面張力趨于穩(wěn)定。原因在于壓力的升高會(huì)導(dǎo)致CO2-AOT兩相的密度差減小，有利于體系界面張力的降低;同時(shí)高壓使得AOT在CO2中的溶解度增加，使得CO2在兩相界面上吸引更多的表面活性劑分子，有利于表面活性劑降低界面張力。當(dāng)壓力增加到8 MPa時(shí)，此時(shí)壓力繼續(xù)增加，兩相的密度差和CO2的溶解度系數(shù)均增加緩慢，導(dǎo)致界面張力趨于穩(wěn)定。

圖5懸點(diǎn)法測(cè)定界面張力示意圖

圖6不同溫度下壓力對(duì)平衡界面張力的影響

(2)溫度對(duì)界面張力的影響。溫度對(duì)界面張力的影響見(jiàn)圖6。可以看出，當(dāng)體系壓力一定，體系界面張力隨著溫度的升高而增大，說(shuō)明溫度的升高不利于體系界面張力的降低。原因在于CO2乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，隨著溫度的升高，CO2本身的溶解度系數(shù)和密度均有所降低，分子熱運(yùn)動(dòng)的加劇也不利于界面上AOT分子的吸附，導(dǎo)致界面處的AOT分子數(shù)目降低，最終導(dǎo)致體系界面張力升高。

2.1.2 CO2乳液體系界面黏彈性實(shí)驗(yàn)

乳液的穩(wěn)定性很大程度上取決于界面膜的性質(zhì)，而界面黏彈性是表征界面膜機(jī)械強(qiáng)度的重要參數(shù)，通常用界面擴(kuò)張模量(ε)表征界面黏彈性的強(qiáng)弱，定義為界面張力變化與相對(duì)界面面積變化的比值，即

ε=dγ/dlnA(4)

式中，γ為界面張力;A為界面面積。

(1)壓力對(duì)界面黏彈性的影響。壓力對(duì)CO2-AOT水溶液體系擴(kuò)張模量的影響見(jiàn)圖7。界面的擴(kuò)張模量與實(shí)驗(yàn)的振蕩頻率有關(guān)，實(shí)驗(yàn)選取0.1 Hz為振蕩頻率，振蕩頻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不變，排出振蕩頻率的影響。可以看出，CO2-AOT水溶液體系擴(kuò)張模量隨著壓力的增加而增大，當(dāng)壓力升高至8 MPa后體系的擴(kuò)張模量趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)閴毫Φ脑黾訒?huì)導(dǎo)致CO2-AOT界面處的黏度增加，流體變稠，界面面積的變化需要更大的力;同時(shí)壓力升高導(dǎo)致CO2的密度增加，范德華力增加，對(duì)界面處的AOT分子有更大的吸引力，使得AOT分子在界面處更緊密的排列，使得界面黏彈性大大增加，但是壓力升高至8 MPa后，壓力的升高使流體變稠的能力減弱，擴(kuò)張模量趨于穩(wěn)定。

圖7不同溫度下擴(kuò)張模量隨壓力的變化關(guān)系

(2)溫度對(duì)界面黏彈性的影響。從圖7也可得出溫度對(duì)CO2-AOT水溶液體系擴(kuò)張模量的影響規(guī)律。CO2-AOT水溶液體系的擴(kuò)張模量隨著溫度的升高逐漸降低，說(shuō)明升高溫度對(duì)體系界面黏彈性具有不利影響。其機(jī)制在于溫度升高使得CO2對(duì)界面處AOT分子的吸引力減弱，不利于AOT分子在界面處的排列，也不利于AOT分子在界面處的吸附，從而導(dǎo)致界面擴(kuò)張模量降低，界面膜的強(qiáng)度下降。