2實驗結果分析

2.1體系界面流變性

2.1.1 CO2乳液體系界面張力實驗

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-熱力學參數(shù)對照表確定，CO2密度與壓力溫度的關系見圖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，隨壓力變化關系見圖4。

圖4液滴形狀隨壓力的變化

懸滴法測定液體的表面和界面張力原理見圖5。其中，de為懸滴最大直徑；d10為離頂點距離為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p(x，z)在紙平面上的主曲率半徑;φ為輪廓線上p(x，z)點處的切線與x軸的夾角;β為體系的Bond number，稱為液滴的形狀因子，因為它的值直接決定了液滴的形狀。

(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為體系的毛細管常數(shù)。

一個懸滴在達到靜力(界面張力對重力)平衡時，其輪廓可通過懸滴底端的曲率半徑b和液滴的形狀因子β來確定。TRACKER-H型界面流變儀就是利用該原理對圖像進行計算處理得出界面相關參數(shù)。

(1)壓力對界面張力的影響。壓力對界面張力的影響見圖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時體系界面張力開始達到最低，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導致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。當壓力增加到8 MPa時，此時壓力繼續(xù)增加，兩相的密度差和CO2的溶解度系數(shù)均增加緩慢，導致界面張力趨于穩(wěn)定。

圖5懸點法測定界面張力示意圖

圖6不同溫度下壓力對平衡界面張力的影響

(2)溫度對界面張力的影響。溫度對界面張力的影響見圖6?？梢钥闯?，當體系壓力一定，體系界面張力隨著溫度的升高而增大，說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，分子熱運動的加劇也不利于界面上AOT分子的吸附，導致界面處的AOT分子數(shù)目降低，最終導致體系界面張力升高。

2.1.2 CO2乳液體系界面黏彈性實驗

乳液的穩(wěn)定性很大程度上取決于界面膜的性質，而界面黏彈性是表征界面膜機械強度的重要參數(shù)，通常用界面擴張模量(ε)表征界面黏彈性的強弱，定義為界面張力變化與相對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)壓力對界面黏彈性的影響。壓力對CO2-AOT水溶液體系擴張模量的影響見圖7。界面的擴張模量與實驗的振蕩頻率有關，實驗選取0.1 Hz為振蕩頻率，振蕩頻率在實驗過程中保持不變，排出振蕩頻率的影響。可以看出，CO2-AOT水溶液體系擴張模量隨著壓力的增加而增大，當壓力升高至8 MPa后體系的擴張模量趨于穩(wěn)定。這是因為壓力的增加會導致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;同時壓力升高導致CO2的密度增加，范德華力增加，對界面處的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，擴張模量趨于穩(wěn)定。

圖7不同溫度下擴張模量隨壓力的變化關系

(2)溫度對界面黏彈性的影響。從圖7也可得出溫度對CO2-AOT水溶液體系擴張模量的影響規(guī)律。CO2-AOT水溶液體系的擴張模量隨著溫度的升高逐漸降低，說明升高溫度對體系界面黏彈性具有不利影響。其機制在于溫度升高使得CO2對界面處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，從而導致界面擴張模量降低，界面膜的強度下降。