2結(jié)果與討論

2.1界面張力

當(dāng)表面活性劑將油/水界面張力降至1 mN/m以下，界面上吸附了大量低分子量的表面活性劑，其在界面與體相間的快速擴(kuò)散-交換過程極大地削弱了界面膜強(qiáng)度；而驅(qū)油過程要求界面膜具有一定的強(qiáng)度，以穩(wěn)定乳化油滴。因此，低張力驅(qū)油表面活性劑的界面模量測(cè)量至關(guān)重要。

不同含量HABS溶液與癸烷的動(dòng)態(tài)界面張力如圖1a所示。可以看出，由于HABS在界面的吸附量隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，HABS溶液的界面張力逐漸降低。當(dāng)界面吸附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，HABS溶液的界面張力達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。PS和HABS溶液與正癸烷的穩(wěn)態(tài)界面張力如圖1b所示。明顯地，PS的界面張力比較高。0.1%的PS溶液的界面張力約為1.8 mN/m。相比之下，HABS的界面活性更好。0.1%的HABS溶液能夠?qū)⒂?水界面張力降低至4.4×10-2 mN/m。

圖1不同含量HABS溶液與癸烷的動(dòng)態(tài)界面張力（a），PS和HABS溶液的穩(wěn)態(tài)界面張力值（b）

不同含量HABS溶液對(duì)大慶原油的動(dòng)態(tài)界面張力如圖2a所示。與圖1a類似，HABS在原油-水界面的吸附量隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，當(dāng)界面吸附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，HABS與原油的動(dòng)態(tài)界面張力達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。PS和HABS溶液與原油的穩(wěn)態(tài)界面張力如圖2b所示。同樣地，HABS降低界面張力的能力明顯比PS強(qiáng)。0.05%的HABS能夠?qū)⒃?水的界面張力降低至3.4×10-2 mN/m。

圖2不同含量HABS溶液與大慶原油的動(dòng)態(tài)界面張力（a），PS和HABS溶液的穩(wěn)態(tài)界面張力值（b）

對(duì)于陰離子表面活性劑HABS和PS，決定其降低界面張力能力的關(guān)鍵因素是親水親油平衡能力。界面活性強(qiáng)的表面活性劑的親水親油平衡能力可以通過其對(duì)不同碳鏈長(zhǎng)度的正構(gòu)烷烴的界面張力掃描來表征。表面活性劑在油相中的分配與油相性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于正構(gòu)烷烴系列而言，烷烴碳數(shù)越大，表面活性劑越難分配在油相。因此，對(duì)某一特定鹽度下、特定濃度的表面活性劑溶液進(jìn)行正構(gòu)烷烴系列掃描，會(huì)發(fā)現(xiàn)界面張力在某一烷烴碳數(shù)時(shí)達(dá)到最低，此正構(gòu)烷烴碳數(shù)定義為表面活性劑的nmin值。如果表面活性劑的親水性強(qiáng)，則最低值出現(xiàn)在低烷烴碳數(shù)，nmin值低；如果表面活性劑的親油性強(qiáng)，則最低值出現(xiàn)在高烷烴碳數(shù)，nmin值高。對(duì)于正構(gòu)烷烴系列，當(dāng)nmin值與油相碳數(shù)相等時(shí)，親水親油平衡能力最佳；而對(duì)于原油則相對(duì)復(fù)雜，需要進(jìn)行nmin值不同的表面活性劑溶液與某原油的界面張力實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)界面張力最低值的表面活性劑溶液的nmin值，定義為該原油的等效烷烴碳數(shù)（EACN）。油相的EACN值與水相的nmin值越接近，親水親油平衡的條件越容易滿足，則界面張力越低。HABS和PS的nmin值分別為10和8，說明HABS在水相和正癸烷之間能夠達(dá)到親水親油平衡，而PS則傾向于分配在水相中。因此，HABS與正癸烷間的界面張力明顯低于PS。大慶原油的EACN值為10，表現(xiàn)出與正癸烷類似的界面張力降低趨勢(shì)是十分合理的。

2.2界面擴(kuò)張模量

2.2.1頻率的影響

擾動(dòng)頻率是流變研究的關(guān)鍵參數(shù)。通過測(cè)定擴(kuò)張模量隨頻率的變化趨勢(shì)，能夠判斷表面活性劑界面吸附膜的黏彈性、揭示界面膜的內(nèi)在特性。不同含量HABS和PS在正癸烷-水界面的擴(kuò)張模量隨頻率的變化趨勢(shì)如圖3所示。對(duì)于HABS和PS的界面吸附膜，擴(kuò)張模量隨著頻率增大而線性增加，這說明在整個(gè)濃度范圍內(nèi)，控制HABS和PS體系界面膜性質(zhì)的都是快過程，它們的特征頻率都高于0.1 Hz。當(dāng)頻率較低時(shí)，HABS和PS分子有足夠的時(shí)間通過擴(kuò)散-交換等弛豫過程來修復(fù)由擾動(dòng)帶來的界面張力的變化，因此擴(kuò)張模量數(shù)值較小。當(dāng)頻率較高時(shí)，界面膜形變的速度加快，各種弛豫過程作用的時(shí)間較短，HABS和PS分子沒有足夠的時(shí)間通過弛豫過程來修復(fù)界面膜，擴(kuò)張模量逐漸變大。

圖3頻率對(duì)HABS（a）和PS（b）在癸烷-水界面的擴(kuò)張模量的影響

通過計(jì)算擴(kuò)張模量-頻率雙對(duì)數(shù)曲線（lgε-lg f曲線）的斜率值，可以評(píng)價(jià)界面膜的黏彈特性。一般而言，斜率值越小，擴(kuò)散交換作用越弱，界面膜的彈性部分在擴(kuò)張模量中的比例越大。圖4為HABS和PS在正癸烷-水界面的lgε-lg f曲線的斜率。可以看出，HABS和PS的曲線斜率隨著溶液濃度的增加而增加，這符合常規(guī)表面活性劑的一般規(guī)律。隨著溶液濃度的增加，體相與界面之間的擴(kuò)散-交換加速，lgε-lg f曲線的斜率增大。重烷基苯磺酸鹽HABS的斜率較高，0.1%的HABS溶液的斜率值為1.15；而石油磺酸鹽PS的斜率相對(duì)較低，0.1%的PS溶液的斜率值為0.35。這主要是由于分子尺寸的差異導(dǎo)致的。含稠環(huán)結(jié)構(gòu)的石油磺酸鹽PS的分子尺寸較大，而重烷基苯磺酸鹽HABS的分子尺寸較小。相比之下，PS的擴(kuò)散-交換會(huì)慢一些。因此，HABS比PS的斜率高。總體而言，對(duì)比已報(bào)道的各種表面活性劑，HABS和PS的斜率值較高。例如，十八烷基羧基甜菜堿（18PC）和十八烷基磺基甜菜堿（18PS）在癸烷-水界面上斜率隨濃度變化的最大值分別0.16和0.11。十八烷基羥丙基磺基甜菜堿（ASB）在癸烷-水界面的斜率隨濃度變化的最大值為0.14；十二烷基聚氧異丙基硫酸酯（A145）在癸烷-水界面的斜率隨濃度變化的最大值為0.13。氧乙基脂肪酸甲酯（C18=E3、C18=E5和C18=E10）在煤油-水界面上的斜率最大值為0.12~0.28。3,4-二庚基苯磺酸鈉（C7C7phS）在煤油-水界面上的斜率最大值分別為0.49。這充分說明HABS和PS表現(xiàn)出典型的常規(guī)陰離子表面活性劑的特點(diǎn)：分子間以靜電斥力為主，擴(kuò)散-交換過程主導(dǎo)，界面膜黏性較大。