【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓力為PA，P區(qū)的液體壓力為PB，則根據(jù)Laplace方程，可以確定曲面兩側(cè)的壓力差(11)其中：(12)(13)將式 (2) 和 (3) 代入 (1) 得：(14)式中為液體表面張力；通常兩氣泡的交界面近乎平面，即，因此式(14) 可以簡(jiǎn)寫成。由于、因此，即，在這種壓力差作用下，泡沫中的液體自動(dòng)地從液膜處流向P區(qū)（即流向?yàn)椋?，使液膜變薄，最終導(dǎo)致泡沫的破滅。圖11液膜排液機(jī)理[11] 氣體透過液膜的擴(kuò)散由于氣泡的大小總是不均勻的，根據(jù)Laplace方程，泡沫中小氣泡內(nèi)的氣體壓力高于大氣泡。在這一壓力差作用下，小氣泡中氣體會(huì)透過液膜擴(kuò)散到大氣泡中，導(dǎo)致小氣泡變小，以致消失，而大氣泡變大，最終破裂。對(duì)于浮在液面上的氣泡，氣體會(huì)透過液膜直接向氣相擴(kuò)散，導(dǎo)致泡沫衰變[12]。塞滿了的氣泡形成的隨機(jī)性結(jié)構(gòu)很大程度上與氣泡大小和化學(xué)成分是不相關(guān)的。如此美妙的幾何結(jié)構(gòu)催生了不少現(xiàn)代人的研究。比如探究氣泡生長(zhǎng)速率如何隨氣泡面的數(shù)目變化而變化，以及單位容量?jī)?nèi)使表面積最小化。還有些研究者探索氣泡的阻塞——這種仿佛固態(tài)式的結(jié)構(gòu)中相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)氣泡們的鄰里關(guān)系都保持不變。氣泡阻塞展現(xiàn)出某些普適特性，可以和沙粒、膠狀顆粒、玻璃狀分子液體等系統(tǒng)相比較[13]。而氣泡的作為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系在通常情況下能穩(wěn)定存在的因素有兩點(diǎn)：1）被吸附的離子表面活性劑以及它們靜電學(xué)斥力穩(wěn)定了清潔劑薄膜。無論對(duì)于吸附在表面的，還是那些凝聚成膠束的，這些表面活性劑的疏水端都被與水隔開。2）薄膜能穩(wěn)定存在是因?yàn)樗降母叻肿右约坝纱嗽斐傻腉ibbsMarangoni效應(yīng)，這種效應(yīng)導(dǎo)致液體從低表面張力的地方流向高表面張力的地方。 表面粘度對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響隨著體系的粘度值的增大,即液膜變薄的速度降低，因此泡沫的穩(wěn)定性增加，壽命增大。這里應(yīng)當(dāng)指出，表面粘度對(duì)泡沫穩(wěn)定性的作用比體相粘度大，因?yàn)楸砻嬲扯炔粌H在數(shù)值上比體相粘度大得多，而且還增大了液膜的機(jī)械強(qiáng)度，使得液膜的抗擾動(dòng)能力增加[14]。氣流法又稱改進(jìn)的Bikerman法，是根據(jù)美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)，模擬油氣井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。其原理是一定流速的氣體通過玻璃砂濾板，濾板上盛有一定量的測(cè)試溶液，氣體通過濾板后再容器（刻度量筒）中形成泡沫，如圖5所示。當(dāng)固定氣體的流速并使用同一容器時(shí)，流動(dòng)平衡時(shí)的泡沫高度可以作為泡沫性能的量度。由于泡沫高度是在一定氣流下泡沫生成與破壞處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的泡沫高度，因此泡沫高度值包含泡沫穩(wěn)定性及起泡性兩種性能。氣流法儀器簡(jiǎn)單，重復(fù)性良好，是目前比較常用的泡沫性能評(píng)價(jià)方法之一。但如果刻度量筒直徑過小時(shí)（小于3 cm），會(huì)存在壁效應(yīng)，對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差。本課題主要研究的是聚合物對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響及相關(guān)的研究：1）泡沫衰變的過程的定量性研究；2）泡沫衰變與溫度的關(guān)系；3）泡沫衰變與穩(wěn)泡劑及粘度間的關(guān)系；4）尋找高溫下穩(wěn)泡效果較好的聚合物。2 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試劑本實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試劑分別列于表21和表22中。表21 實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器名稱型號(hào)生產(chǎn)廠家量筒500mL 川制01000266號(hào)蜀牛二氧化碳瓶純二氧化碳華東特氣數(shù)顯恒溫水浴鍋HH4國(guó)華電器有限公司大功率電動(dòng)攪拌器JJ1國(guó)華電器有限公司電子秒表Google涂料粘度計(jì)XND1型涂4上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司淀粉進(jìn)口食用淀粉嘉吉表22 實(shí)驗(yàn)試劑試劑名稱型號(hào)（規(guī)格）生產(chǎn)廠家丙烯酸AR天津市大茂化學(xué)試劑廠正十二硫醇AR成都市科龍化工試劑廠過二硫酸鉀AR廣東汕頭市西隴化工廠聚乙二醇CP PEG2000西隴化工股份有限公司CP PEG4000西隴化工股份有限公司CP PEG6000西隴化工股份有限公司α烯烴磺酸鈉(AOS)wt%, 92%Foamix脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)wt%, 70%Ecogreen本實(shí)驗(yàn)用的發(fā)泡裝置如圖21所示：圖21 發(fā)泡裝置示意圖 高溫體系的聚合物穩(wěn)泡劑的篩選在高溫體系下尋找可靠的穩(wěn)泡劑，在這里測(cè)試了兩種高溫下水溶性的高分子量的物質(zhì)：聚乙二醇4000和進(jìn)口食用淀粉。實(shí)驗(yàn)步驟如下：1）打開水浴鍋，溫度設(shè)定為75 ℃；2）往量筒里加入50mL發(fā)泡劑，發(fā)泡配方是與水的質(zhì)量比為1:[15]；3）分別加入穩(wěn)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的聚乙二醇4000和進(jìn)口食用淀粉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；4）將量筒放入到水浴鍋，使溶液溫度達(dá)到水浴預(yù)設(shè)溫度；5）通入二氧化碳?xì)怏w，控制流速在1 L/min，發(fā)泡高度至500 mL處；6）當(dāng)氣泡消至450 mL處開始計(jì)時(shí)，250 mL處停止計(jì)時(shí)，記錄氣泡衰變時(shí)間。 聚丙烯酸的穩(wěn)泡實(shí)驗(yàn) 發(fā)泡體系與對(duì)照組實(shí)驗(yàn)不加穩(wěn)泡劑的實(shí)驗(yàn)過程如下：1）加入AOS/AES發(fā)泡液；2）在500mL的發(fā)泡量筒中加入50mL發(fā)泡液；3）打開水浴鍋，分別設(shè)置75℃，55℃，26℃下實(shí)驗(yàn)；4）將量筒放入到水浴鍋，使溶液溫度達(dá)到水浴預(yù)設(shè)溫度；5）通入二氧化碳?xì)怏w，控制流速在1L/min，發(fā)泡高度至500mL處；6）當(dāng)氣泡消至450mL處開始計(jì)時(shí)，250mL處停止計(jì)時(shí)，記錄氣泡衰變時(shí)間。 聚丙烯酸的合成表23 丙烯酸聚合的原料配比成份藥品質(zhì)量分?jǐn)?shù) /%單體引發(fā)劑鏈轉(zhuǎn)移劑丙烯酸過二硫酸鉀正十二硫醇100661）打開水浴鍋，溫度設(shè)定為75 ℃；2）往發(fā)泡量筒中加入50 mL的發(fā)泡液；3）電子天平調(diào)零，按表23比例稱取引發(fā)劑及鏈轉(zhuǎn)移劑放入到發(fā)泡液中，用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌1 min；4）將發(fā)泡筒法如恒溫水浴中，分別加入與發(fā)泡液比為1:5，1:6，1:8，1:10，1:15的丙烯酸單體，并等待溶液溫度達(dá)到水浴預(yù)設(shè)溫度；5）按順時(shí)針方向不停攪拌反應(yīng)混合物，反應(yīng)15 min