2實驗結果分析

2.1體係界麵流變性

2.1.1 CO2乳液體係界麵張力實驗

表麵活性劑水溶液的密度與純水體係相近，其密度根據飽和水蒸氣溫度-壓力-密度-熱力學參數對照表確定，CO2密度與壓力溫度的關係見圖3。

圖3不同溫度下CO2壓力隨溫度的變化

表麵活性劑水溶液液滴在CO2中的形狀隨溫度變化較小，隨壓力變化關係見圖4。

圖4液滴形狀隨壓力的變化

懸滴法測定液體的表麵和界麵張力原理見圖5。其中，de為懸滴最大直徑；d10為離頂點距離為de處懸滴截麵直徑。

(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)在紙平麵上的主曲率半徑;φ為輪廓線上p(x，z)點處的切線與x軸的夾角;β為體係的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為表麵/界麵張力;α為體係的毛細管常數。

一個懸滴在達到靜力(界麵張力對重力)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型界麵流變儀就是利用該原理對圖像進行計算處理得出界麵相關參數。

(1)壓力對界麵張力的影響。壓力對界麵張力的影響見圖6。可以看出，CO2-AOT體係的界麵張力隨著壓力的升高逐漸降低，約在8 MPa時體係界麵張力開始達到最低，之後壓力繼續升高，體係界麵張力趨於穩定。原因在於壓力的升高會導致CO2-AOT兩相的密度差減小，有利於體係界麵張力的降低;同時高壓使得AOT在CO2中的溶解度增加，使得CO2在兩相界麵上吸引更多的表麵活性劑分子，有利於表麵活性劑降低界麵張力。當壓力增加到8 MPa時，此時壓力繼續增加，兩相的密度差和CO2的溶解度係數均增加緩慢，導致界麵張力趨於穩定。

圖5懸點法測定界麵張力示意圖

圖6不同溫度下壓力對平衡界麵張力的影響

(2)溫度對界麵張力的影響。溫度對界麵張力的影響見圖6。可以看出，當體係壓力一定，體係界麵張力隨著溫度的升高而增大，說明溫度的升高不利於體係界麵張力的降低。原因在於CO2乳液是熱力學不穩定體係，隨著溫度的升高，CO2本身的溶解度係數和密度均有所降低，分子熱運動的加劇也不利於界麵上AOT分子的吸附，導致界麵處的AOT分子數目降低，最終導致體係界麵張力升高。

2.1.2 CO2乳液體係界麵黏彈性實驗

乳液的穩定性很大程度上取決於界麵膜的性質，而界麵黏彈性是表征界麵膜機械強度的重要參數，通常用界麵擴張模量(ε)表征界麵黏彈性的強弱，定義為界麵張力變化與相對界麵麵積變化的比值，即

ε=dγ/dlnA(4)

式中，γ為界麵張力;A為界麵麵積。

(1)壓力對界麵黏彈性的影響。壓力對CO2-AOT水溶液體係擴張模量的影響見圖7。界麵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水溶液體係擴張模量隨著壓力的增加而增大，當壓力升高至8 MPa後體係的擴張模量趨於穩定。這是因為壓力的增加會導致CO2-AOT界麵處的黏度增加，流體變稠，界麵麵積的變化需要更大的力;同時壓力升高導致CO2的密度增加，範德華力增加，對界麵處的AOT分子有更大的吸引力，使得AOT分子在界麵處更緊密的排列，使得界麵黏彈性大大增加，但是壓力升高至8 MPa後，壓力的升高使流體變稠的能力減弱，擴張模量趨於穩定。

圖7不同溫度下擴張模量隨壓力的變化關係

(2)溫度對界麵黏彈性的影響。從圖7也可得出溫度對CO2-AOT水溶液體係擴張模量的影響規律。CO2-AOT水溶液體係的擴張模量隨著溫度的升高逐漸降低，說明升高溫度對體係界麵黏彈性具有不利影響。其機製在於溫度升高使得CO2對界麵處AOT分子的吸引力減弱，不利於AOT分子在界麵處的排列，也不利於AOT分子在界麵處的吸附，從而導致界麵擴張模量降低，界麵膜的強度下降。