關(guān)于基于Turbiscan的一種咪唑啉型緩蝕劑乳化性的探索
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作者：張毅
咪唑啉緩蝕劑含表面活性成分，對乳化液起一定穩(wěn)定作用，造成下游油、氣分離困難，從而增加了整個開采成本。目前乳化液研究方法主要有靜置法、化學(xué)法等。其中靜置法測試時(shí)間長，準(zhǔn)確性較差；化學(xué)法需加入一種破乳劑且準(zhǔn)確性較差。以上2種方法在宏觀上能表明液體乳化程度，卻不能較為清晰地描述整個乳液破乳過程。近年來，近紅外穩(wěn)定分析法具有較好的準(zhǔn)確性和重復(fù)性且無需前處理，能快速清晰分析液體分散體系沉淀、乳化、凝結(jié)、分相現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于石油化工、醫(yī)學(xué)制藥等領(lǐng)域。Huck -Iriart C等利用Turbiscan（分散穩(wěn)定性分析儀）研究了酪蛋白酸鈉對向日葵油乳液穩(wěn)定性影響；Gan L J等利用多重光散射儀研究了脂肪酸鈉的催化乳化性能；李朋偉等利用分散穩(wěn)定性分析儀研究了水煤漿的穩(wěn)定性。
Turbiscan通過多光反射技術(shù)直接測量并計(jì)算沉淀相／乳化相厚度、界面移動速率、顆粒平均粒徑等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可較準(zhǔn)確分析乳液、懸浮液等液體變化過程。筆者以Turbiscan AGS為基礎(chǔ)，研究一種親水基團(tuán)咪唑啉型緩蝕劑乳化性，主要討論溫度，緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)對其乳化性影響。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試劑
Turbiscan AGS，法國Formulaction公司生產(chǎn)；FR423 CN型電子天平，奧豪斯儀器（上海）有限公司生產(chǎn)；移液槍，德國Eppendorf公司生產(chǎn)；78—1型磁力加熱攪拌器，上海雙捷實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)；HWS28型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。10#市售柴油；咪唑啉型緩蝕劑；模擬氣田水，其組成如表1所示。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
稱取分析純化學(xué)試劑，制備模擬氣田水，并加入緩蝕劑，將其配制成含不同體積分?jǐn)?shù)緩蝕劑溶液。將含有緩蝕劑的模擬氣田水和柴油放入水浴鍋加熱2h，并各取10 mL液體，先后將水和油緩慢加入到測試瓶中。上下均勻振蕩200次，迅速將其放入Turbiscan中測試。Turbiscan設(shè)置參數(shù)：每3 min掃描1次，共掃描2h。
2結(jié)果與討論
2.1溫度的影響
妒（緩蝕劑）=0.20 %的模擬氣田水不同溫度下的測試結(jié)果如圖1所示。上圖為透射光譜圖，主要用于分析透明層；下圖為散射光譜圖，主要用于分析濁液層。透射光和散射光以%表示，其含義是相對標(biāo)準(zhǔn)樣品的光通量百分比。由圖1(b)可知，緩蝕劑加入油水混合物中會發(fā)生乳化，隨樣品高度增加共分為5段：0～2 mm左右為瓶底層；2—22 mm左右為水溶液層；22~ 31 mm左右為乳化層；3~43 mm左右為油層；43~55 mm左右為空瓶層。隨著時(shí)間推移，曲線由疏變密，說明透射光和散射光值變化減慢，整體變化由快變慢；溶液層透射光通量增加，且底部值高于頂部值，說明乳狀小液滴上浮，溶液由渾濁逐漸變透明，底部水溶液更透明；乳化層投射光通量為0，散射光通量隨時(shí)間推移逐漸降低，說明該層有乳狀小液滴聚集；油層透射光通量增加，說明油由渾濁逐漸變透明，乳狀小液滴下沉。研究表明，渾濁區(qū)散射光強(qiáng)不隨時(shí)間變化，只是整體沉降結(jié)果，這種沉降方式稱為“受阻沉降”；渾濁區(qū)散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化，是乳狀小液滴聚集和整體沉降共同結(jié)果，這種沉降方式稱為“差異沉降”。由圖1(b)可知，散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化，為“差異沉降”，說明既有沉降又有乳狀小液滴聚集。圖1(a)、圖1(c)、圖1(d)的分析同上。
通過Turbiscan Easysoft軟件計(jì)算乳狀液厚度、穩(wěn)定性指數(shù)（TSI），其結(jié)果分別如圖2、圖3所示。由圖2可知，隨時(shí)間推移，乳化層厚度變化減慢，前60 min變化較快，后60 min變化較慢；溫度升高，乳化層厚度從9.0 mm減少到2.4 mm。由圖3可知，隨著時(shí)間推移，TSI變化由快變慢，說明整體變化減慢；溫度增加，TSI從25. 75增加到29. 69。穩(wěn)定性指數(shù)越小，表示透射光、散射光光強(qiáng)隨時(shí)間變化較小，體系越穩(wěn)定。由此可見，溫度升高，體系穩(wěn)定性變差，乳化減弱。
計(jì)算水一乳化液界面、乳化液一油界面移動速率，結(jié)果如表2所示。由表2可知，溫度升高，乳化液一油界面移動速率增加較快，水一乳化液界面移動速率增加較為緩慢，此時(shí)油相析出速率加快，水相析出速率變化較小。由此可得，溫度對水相析出速率影響較小，對油相析出速率較大。研究表明，乳狀液沉降處于斯托克斯定律區(qū)，其沉降速度為：
其中，u為沉降速率，g為重力加速度，d。為液滴直徑，P1為外相密度，P2為內(nèi)相密度，u為黏度。溫度升高，分子運(yùn)動速度加快，界面膜強(qiáng)度降低，乳狀小液滴易聚集。乳狀小液滴半徑增加，其上浮、沉降速率增加；水相黏度隨溫度變化影響較小，其析出速率變化較��；油相黏度隨溫度變化影響較大，乳狀小液滴沉降速率加快，其析出速率加快。在以上因素影響下，體系隨溫度升高穩(wěn)定性變差，乳化減弱。
2.2緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)的影響
40%時(shí)，不同體積分?jǐn)?shù)緩蝕劑溶液乳化測試結(jié)果如圖4所示，其分析方法同2.1。由圖4可知，隨時(shí)間推移，曲線由疏變密，說明整體變化由快變慢；緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)增加，乳化層厚度增加。通過Turbiscan Easysoft軟件計(jì)算乳狀液厚度，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，體積分?jǐn)?shù)增加，乳化層厚度從0 mm增加到4.8 mm；隨著時(shí)間推移，整體變化減慢，前20 min變化較快，后100 min變化較慢。
加入咪唑啉型緩蝕劑會形成乳化層，其原因是咪唑啉型緩蝕劑含表面活性成分，會降低增大界面面積所需要的功，在界面上形成起穩(wěn)定作用的阻礙膜。隨著體積分?jǐn)?shù)降低，乳化層厚度減少，乳化減弱。分析其原因主要為當(dāng)表面活性成分濃度較低時(shí)，不足以形成一個連續(xù)膜，乳狀小液滴易聚集。Ivanov等根據(jù)乳狀液熱力學(xué)和水力學(xué)原理推導(dǎo)出界面膜壽命公式：
其中，r為界面膜壽命，叼為界面膜黏度，Rd為分散相液滴半徑，Ap為油水兩相密度差，hi。為分散相液滴初始作用膜厚，h，為開始變形膜厚。
從式(2)可以看出，界面膜越厚，膜壽命越長。因此緩蝕劑降低一定體積分?jǐn)?shù)，其活性成分減少，膜壽命減少，乳狀小液滴易聚集，其穩(wěn)定性減弱，乳化減弱。
3結(jié)語
(1)溫度增加，乳化液一油界面移動速率增加較快，水一乳化液界面移動速率增加較慢。當(dāng)緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)為0. 20%，溫度從20℃升高到500C時(shí)，乳化層厚度從9.0 mm減少到2.4 mm，TS/從25. 75增加到29. 69，乳化液一油界面移動速率從163.004 um/min增加到178.789um/min，水一乳化液界面移動速率從163. 652 um/min增加到168. 163 um/min。
(2)40℃時(shí)，緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)從0.20%降低到0.05%，乳化層厚度從4.8 mm降低到0.30 mm。4摘要：利用Turbiscan對一種咪唑啉型緩蝕劑的乳化性進(jìn)行研究，討論了溫度、緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)對其乳化的影響。結(jié)果表明：溫度增加，乳化液一油界面移動速率增加較快，水一乳化液界面移動速率增加較慢；緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)增加，乳化層厚度增加。緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)為0. 20%時(shí)，溫度從20℃升高到50℃，乳化層厚度從9．O mm減少到2.4 mm，穩(wěn)定指數(shù)（TSI）從25. 75增加到29. 69，乳化液一油界面移動速率從163.004 um/min增加到178. 789 um/min，水一乳化液界面移動速率從163. 652 um/min增加到168. 163 um/min。溫度為40℃時(shí)，緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)從0.20%降低到0.05%，乳化層厚度從4.8 mm降低到0.3 mm。
