[发明专利]起泡剂性能受温度影响的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种起泡剂性能受温度影响的测试方法。

背景技术

 泡沫是不溶性(或微溶)气体分散于液体或熔融固体中形成的多相分散体系，其中液体是连续相(分散介质)，气体是非连续相(分散相)。泡沫具有很大的表面自由能，在破泡之后体系液体的总表面积大大减少，即能量降低，因而，它是一种热力学上的不稳定的体系，但在一定条件下，采取合适的措施，可以保持一定的稳定性。为了表征这种混合体系中相的状态，最常用的两种方法是卡扎科夫法和米切尔法。卡扎科夫采用泡沫倍数值Kf，当Kf﹤3.8时，这种混合体系被认为是液体中的气体乳化物，当Kf>3.8时为稳定泡沫。米切尔采用常温常压下的泡沫质量 QF 来描述，即泡沫中气体体积与泡沫总体积之比。当 QF=0～0.54 时，混合体系表现为牛顿流体；当QF=0.54～0.96时，表现为非牛顿流体；当QF>0.96时，泡沫变成雾。在实际应用中为了增加泡沫的稳定性，还需在溶液中加入起泡剂（表面活性剂）和稳泡剂等物质。

泡沫形成的前提条件是必须有气体和液体发生相互接触。而气体和液体的接触可通过三种途径达到：一是直接向液体中通入外来气体；二是利用气井内气流的搅动；三是溶液中的反应物在一定条件下发生反应产生不溶气体，从而达到目的。 

纯净的液体不能形成稳定的泡沫。例如纯水，只有加入肥皂或其它表面活性剂，才能形成泡沫。其它液体如乙醇、苯等，也不能形成泡沫。能形成稳定泡沫的液体，至少必须有两种以上的组分，表面活性剂水溶液是典型的易产生泡沫的体系，蛋白质以及其它一些水溶性高分子溶液也容易产生稳定持久的泡沫。

泡沫的稳定性是指泡沫生成后的持久性， 即泡沫的“寿命”长短。 液膜是否保持恒定，是泡沫稳定性的关键，这就要求液膜有一定强度，能对抗外界各种影响而保持不变。影响泡沫稳定性的主要因素，亦即影响液膜厚度和表面膜强度的因素比较复杂： 

（1）表面张力：泡沫生成时，随着液体表面积的增加，体系的能量也随着增加。当泡沫破坏时，体系的能量也就相应下降。但是，单纯的表面张力并不是影响泡沫稳定性的决定因素。从能量观点考虑，低表面张力有利于泡沫的形成，即生成相同总表面积的泡沫，可以少做功，但不能保证泡沫有较好的稳定性。只有当表面膜有一定强度、能形成多面体的泡沫时，低表面张力才有助于泡沫的稳定。液膜的交界处与平面膜之间的压差和表面张力成正比，表面张力低则压差小，因而排液速度较慢，液膜变薄较慢，有利于泡沫稳定。

（2）表面粘度：决定泡沫稳定性的关键因素在于膜的强度，而液膜强度主要决定于表面膜吸附的坚固性，在实验上即以表面粘度为其量度。 

表面粘度是指表面膜液体单分子层内的粘度。这种粘度主要是表面活性分子在其表面单分子层内的亲水基间相互作用及水化作用而产生的。 表面粘度越大， 膜的强度越大泡沫的稳定性也就越好。表面膜的强度与表面吸附分子间的相互作用有关，相互作用大者膜强度也大。一般高分子有机化合物由于分子量较大，分子间作用较强，故其水溶液所形成的泡沫稳定性也比较高。一般疏水基中分支较多的表面活性剂，其分子间作用比直链者差，因而溶液的表面粘度较小，泡沫的稳定性也较差。

（3）溶液的粘度：表面粘度大，则泡沫液膜往往不易破坏，这里有双重作用：一则增加液膜表面强度，另则使与液膜二表面膜临近的液体不易排出（因表面粘度大，表面临近液体也不易流动）。由此可见，若液体本身粘度较大，则液膜中的液体不易排出，液膜厚度变小的速度较慢，因而延缓了液膜破裂的时间，增加了泡沫的稳定性。但应注意，液体内部粘度仅为一辅助因素，若没有表面膜形成，则即使内部粘度再大，也不一定能形成稳定的泡沫。 

（4）表面张力的“修复”作用：当泡沫的液膜受外力冲击时，会发生局部变薄现象，变薄之处表面积增大，吸附的表面活性剂分子密度也减少，所以该处的表面张力升高。因此，表面活性剂分子力图向变薄部分迁移，使表面上吸附的分子恢复到原来的密度，表面张力又降低到原来的水平。在迁移过程中，活性剂分子还会携带邻近的薄层液体一起迁移，结果使变薄的液膜又变厚。这种表面张力的复原和液膜厚度的复原均导致液膜强度恢复，结果表现为泡沫具有良好的稳定性，此即所谓表面张力的“修复”作用，也就是所谓的Marangoni效应。