胶体与表面化学6-123教学文案.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,第六章 乳状液,东北石油大学石油工程学院,第六章 乳状液,第五节,第四节乳化剂的分类和选择,第三节乳状液的类型,第二节乳状液的制备和物理性质,第一节 乳状液的概念及类型,影响乳状液稳定性的因素,第一节 乳状液的概念及类型,东北石油大学石油工程学院,第一节 概述,乳状液,是一种多相分散体系，两种互不相溶的液体，其中一种液体以极小的液滴形式均匀分散另一种液体中所构成的分散体系。,乳状液,的应用相当广泛，如食品行业、农药、医药、军事、化工、化妆品、机械加工、能源、环保等各个领域都应用。,1.,乳状液定义、特点及类型,乳状液定义,内相,指乳状液中以小液珠形式存在的那一相称为,内相,(,分散相,),；,外相,指相对于内相的另一相称为,外相,(,分散介质或连续相,),。,第一节 概述,乳状液特点,A.,乳状液,是一种多相分散体系；,B.,内外相是两种互不相溶的液体；,C.,分散相粒子直径一般在,0.1,10m,之间，有的属于粗分散体系，甚至用肉眼即可观察到其中的分散相粒子；,D.,热力学不稳定的多相分散体系,(,当一种液体被分散为许多小液滴后，体系内两液相间的界面积增大,。,界面自由能增高,，体系成为热力不稳定，,有自发地趋于自由能降低的倾向,，即小液滴互碰后聚结成大液滴，直至变为两层液体。,),第一节 概述,乳状液类型,A.,若外相为水、内相为油的乳状液，称为水包油型乳状液，用“,O/W,”,表示；,B,.,若外相为油、内相为水的乳状液称为,油包水型乳状液，用“,W/O,”,表示,；,C,.,多重乳状液：,O/W/O,、,W/O/W,等有其特殊用途。,H,2,O,Oil,O/W,Oil,H,2,O,W/O,H,2,O,Oil,W/O/W,O/W/O,Oil,乳化作用,在一定条件下使互不相溶的两种液体形成有一定稳定性的液液分散体系的作用。,乳化剂使制备的乳状液保持稳定性的物质。一般表面活性剂。,第二节乳状液的制备和物理性质,一、乳状液的制备,（一）混合方式,第二节乳状液的制备和物理性质,（二）乳化剂的加入方式,第二节乳状液的制备和物理性质,（三）影响分散度的因素,（三）影响分散度的因素,二、乳状液的物理性质,1.,外观和液珠大小,用不同的制备方法可以得到不同大小的液珠，它们对光的吸收、散射、反射等性质是不一样的。所以具有不同的外观。,液珠大小对乳状液外观的影响,液珠大小,外 观,大滴,可分辨出有两相存在,大于,1,m,乳白色乳状液,1,0.1,m,蓝白色乳状液,0.1,0.05,m,灰白色乳状液,小于,0.05,m,透明,二、乳状液的物理性质,2.,光学性质,通常乳状液分散相和分散介质的折光率不同，光线在液珠表面上会发生反射、拆射与散射等现象。当液珠直径大于入射光的波长时，就会发生反射。若液珠,小于入射的波长,，光线可完全透过，乳状液呈透明状。如液珠直径,略小于入射的波长,，则发生散射现象。如液珠是透明的，就有可能产生折射现象。,常见乳状液的液滴大小大部分,在,0.1,10,的范围内，而可见光的波长在,0.4,0.8m,之间，大部分乳状液有反射现象呈乳白色，乳状液由此而得名。如果,液珠较小,时，则发生散射，这时乳状液呈灰蓝色的半透明液体；分散相与分散介质的折射率相同，得到的是透明乳状液。,二、乳状液的物理性质,3.,粘度分散相的浓度不太大,，则乳状液的粘度主要由外相,(,分散介质,),的粘度所决定内相含量对乳状液体系粘度的影响，可以粗略地用,Einstein,公式表示为,式中，,、,0,分别为乳状液和分散介质的粘度，,为分散相的体积分数。,对于,较浓的乳状液,，不再符合,Einstein,公式，乳状液粘度与内相浓度的关系式，以,Sibvee,提出的为最好，他研究了很多石油在水中形成的乳状液，发现须将,Hatschek,公式加以修正为,决定乳状液粘度因素有,：外相粘度、内相粘度、内相的体积浓度、液珠的大小以及乳化剂的性质等。,(8-1),二、乳状液的物理性质,(8-2),式中，,n,为常数，称之为体积因子。对于多相颗粒分布不同的,O/W,乳状液，,Sibvee,发现，,n,与,1.3,很相近。,4.,电性质,乳状液的电导性能,决定于外相,，故,O/W,型乳状液的电导率远大于,W/O,型，可以用电导率来判断乳状液类型。,第三节 乳状液类型的鉴别和影响类型的因素,一,.,乳状液类型的鉴别,在乳状液中加数滴,水溶性染料,(,如亚甲蓝溶液,),，若被当成均匀,的蓝色,，则为是,O/W,型乳液；如内相被染成蓝色,(,可在显微镜下观察,),，则为,W/O,型乳状液。,稀释法,将数滴乳状液滴入蒸馏水中，若在水中立即散开，则为,O/W,型乳状液不；否则为,W/O,型乳状液。,染色法,水包油乳状液的鉴别,加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相,加入油溶性的染料红色苏丹,，说明油是不连续相,O/W,型乳状液,的导电性好，,W/O,型乳状液,差。,但,在使用,离子型乳化剂,时，即使是,W/O,型乳状液或水相体积百分数很大的,W/O,型乳状液，其导电性也颇为可观,电导法,观测法,O/W,型乳状液呈,乳白,色；,W/O,型乳状液,呈油脂状,。,滤纸润湿法,把乳状液倒入滤纸中，液体能快速向四周溶入，最后中心留有小液滴，则为,O/W,型乳状液,；反之，为,W/O,型乳状液。,二、影响乳状液类型的因素,1.,分散相体积,多数情况下：,分散相体积分数,=0.26,0.,72,时，,O/W,和,W/O,型乳液均可形成；分散相体积分数,74%,时，则只能形成,W/O,型。,少数情况下，也有例外，有人用非离子乳化剂制备出只含,4%,水的,O/W,型乳化液。,二、影响乳状液类型的因素,2.,几何因素,当乳化剂亲水基和亲油基体积相差很大时，大的一端亲和的液相将构成分散介质；另一端亲和的液相将构成分散相，例如：,钠、钾等一价金属的脂肪酸盐易形成,O/W,型乳液；,钙、镁等二价金属皂易形成,W/O,型乳液。,二、影响乳状液类型的因素,3.,液滴聚结速度,在界面吸附层中的乳化剂，其亲水基可抑制油滴的聚结；其亲油基可抑制水滴的聚结。,亲水基占优势时，形成,O/W,乳液；,亲油基占优势时，形成,W/O,乳液。,4.,乳化剂的溶解度,易溶于水的乳化剂易形成,O/W,乳液；,易溶于油的乳化剂易形成,W/O,乳液。,HLB,值越大，,S.,的亲水性越强。,HLB,36,，形成,W/O,型乳液；,HLB,818,，形成,O/W,型乳液。,第四节乳化剂的分类和选择,一、乳化剂的分类,二、乳化剂的选择,第五节乳状液稳定性的影响因素,1.,乳状液稳定作用机理分析,乳状液是多分散体系，具有热力学不稳定性，液滴有自动聚结的趋势。早期的稳定乳状液稳定性理论已注意到添加表面活性剂、聚合物，甚至固体粒子等对乳状液的形成和类型的重要作用，但其稳定性理论模型一直并不清楚。但油,-,水界面上表面活性剂定向吸附单质膜的研究提示了乳状液稳定性的可能图像。,相,1,相,2,聚合物稳定剂,固体粒子稳定作用,吸附正离子,表面活性剂稳定剂,乳状液稳定作用的几种可能机理示意图,2.,乳状液稳定的影响因素,在实际应用中，乳状液的稳定性是指分散相液滴对聚结的抑制能力。其中,分散相的聚结速度,是,衡量,乳状液稳定性的,最基本的方法,，这可以通过,测定,单位体积乳状液中液滴数目随时间的变化来实现。,乳状液是热力学不稳定体系,乳状液是,高度分散的体系,，为使分散相分散，就要对它作功，以表面能形式贮存油,水界面上，使体系的,总能量增加,。表面自由能增加的过程,不是自发,的，而其,逆过程是自发,的，故从,热力学观点,看，乳状液是不稳定体系。,油,水间界面膜的形成,在油,水体系加入表面活性剂后，它们降低界面张力的同时必然在界面上吸附并形成界面膜。此膜有一定的强度，对,分散相液滴起保护作用,，使其在相互碰撞后不易合并。,混合乳化剂,形成复合膜具有相当高的强度，不易破裂，所形成乳状液很稳定。将含有胆甾醇的液体石蜡分散在十六烷基硫酸钠水溶液中，可得稳定的,O/W,型乳状液，而只用胆甾醇或只用十六烷基硫酸钠，则只生成不稳定的,O/W,型乳状液。,界面张力降低,导致界面吸附量增加，再加上乳化剂分子与极性有机物分子间的相互作用，使界面膜强度增加。对于,离子型表面活性剂,，吸附量的增加还使界面上的电荷增加，使液滴间的排斥增大。凡此种种因素都使乳状液的稳定性增加复合膜理论表明,，只有界面膜中的乳化剂分子紧密地排列形成凝聚膜，方能保证乳状液稳定。一般凡能在空气,水界面上形成稳定复合膜的，也能增加乳状液的稳定性，如十六烷基硫酸钠与胆甾醇就是这样，图,(a),。而十六烷基硫酸钠与油醇因油醇空间构型关系不能形成紧密的复合膜，得到的乳状液很不稳定,(,图,(b),。,油,-,水界面上的复合膜,界面电荷,大部分,稳定的乳状液,液面带有,电荷,。这些电荷的来源与通常的溶胶一样，是由于电离、吸附或液滴与介质间摩擦而产生的。对乳状液来说，电离与吸附带电同时发生。例如阴离子表面活性剂在界面上吸附时，伸入水中的极性基团因电离而使液滴带负电荷，而阳离子表面活性剂使液滴带正电荷，此时吸附和电离是不可分的。以上皆指,O/W,型乳状液。,W/O,型乳状液由非离子型乳化剂所稳定的乳状液，其电荷主要是由于,吸附极性物质和带电离子,产生的，也可能是两相接触摩擦产生的。按经验，,介电常数较高,的物质带正电，而水的介电通常均高于“油”，因此,O/W,型乳状液,中油滴常带负电,；反之在，,在,W/O,型乳状液中水滴常带正电。,乳状液中液滴带电,，故液滴接近时能,相互排斥,，从而,防,止它们合并，提高了乳状液的稳定性。,乳状液的粘度,增加乳状液的,外相粘度,，可,减少,液滴的扩散系数，并导致碰撞频率与聚结速率降低，有利于乳状液稳定。另一方面，当分散相的,粒子数增加,时，外相粘度亦增加。因浓乳状液较稀乳状液稳定。,工业中，为提高乳状液的粘度，常,加入某些特殊组分,，如天然或合成的增稠剂。乳白鱼肝油,(O/W),型乳状液,),中用的阿拉伯胶和黄蓍胶，既是乳化剂也是良好的增稠剂。,粉末乳化剂的稳定作用,许多,固体粉末,(,如,CaCO,3,，,BaSO,4,，粘土，碳黑，某些金属的碱式硫酸盐，甚至淀粉等,),可以用作乳化剂。粉末乳化剂和通常的表面活性剂一样，只有当它们处在内外两相界面上时，才能起到乳化剂的作用。,固体粉末在油相、水相还是两相界面上，这要,取决于,粉末的亲水、亲油性。若,粉末完全被水润湿,，就会进入水相。,粉末完全被油润湿,，就会进入油相。当粉末,既能被水润湿又能被油润湿时,，才会停留在油,水界面上。目前普遍用,接触角,来衡量,粉末的亲水、亲油性。,若粉末处在油,水界面上，如图所示，这时有固,油、固,水和油,水三个界面，当这三个界面张力固、油水三相接触处达到平衡时，应服从如下关系,(8-3),公式讨论,当,90,时，,cos,so,粉末大部分在油相中，即它的亲油性强，应得,W/O,型乳状液；,当,0,，则,sw,so,，粉末大部分在水相中，即它的亲水性强，应得,O/W,型乳状液；,当,=90,时，,cos=0,，则,sw=,so,，固体粉末在油相和水相各占一半，即既可是,O/W,型乳状液也可以是,W/O,型乳状液不，实际上到稳定的乳状液。,在油,水体系加入易,为水所润湿的粉末,(,如,SiO2,氢氧化铁以及铜、锌、铝等的碱式硫酸盐,),，易,形成,O/W,型乳状液,，而,炭墨、煤烟、松香,等易被油润湿的粉末易形成,W/O,型乳状液。用粉末乳化的乳状液之所以能够稳定，,主要是,由于粉末集结在油,水界面上形成坚固的界面膜，它保护了分散液滴，使乳状液得以稳定。,乳状液有关的因素,比较复杂,，对具有情况要作具体分析。并不是所有这些因素在同一个具体的乳状液实例都存在，更不能说各种因素都同样重要。根据大量实践结果的分析，在所述各种因素中，界面膜的形成与强度是乳状液稳定性的主要影响因素。,对于应用,表面活性剂作用乳化剂,的体系而言，与界面膜的性质有相辅相成作用的一种性质为界面张力。,界面张力降低的同时,，界面膜中的分子排列趋于紧密，膜强度增大，有利于乳状液的正确性稳定。,乳化剂在界面上的吸附与影响乳状液稳定性的许多因素有重要的关系。,故欲得到比较稳定的乳状液,，首先应考虑,乳化剂在界面上的吸附性质,：吸附强者，界面浓度大，界面张力降低较多，界面分子排列紧密，相互作用强，因而界面膜强度大，形成的乳状液较稳定；吸附弱、分子间作弱者，则反之。总之，,提高乳状液的稳定性,主要应增加膜强度来考虑，,破乳,也要从减弱膜强度来考虑，其次,再考虑其它影响因素,。,研究,界面混合膜的形成与性质是相当重要,的，因为混合乳化剂往往有很好的表面活性，能形成较坚固的界面膜。,影响因素讨论结论,第六节乳状液的变形和破乳,一,.,乳状液的变形,变型,也叫,反相,，是指,O/W,型,(W/O,型,),乳状液变为,W/O,型,(O/W,型,),的现象。变型需在某些因素作用下才能发生。在显微镜下观察变型过程，大体如图所示。由图可见，处于变型过程中的,(b),和,(c),是一种过渡状态，它表示一种乳状液类型的结束及另一种类型的开始。在变型过程中，很难区别分散相和分散介质。,二,.,影响乳状液变形的因素,乳化剂的类型,根据定向楔理论，一种构型,(,构型是指极性基团和非极性基团截面积的相对大小,),的乳化剂变成另一种构型的乳化剂时，会导致乳状液变型，这是它们各自能稳定的乳状液类型不同。,例如,，在钠皂稳定的,O/W,型乳状液，因为钠皂和,Me,2+,反应生成另一种构型的二价金属皂。,a,当,Me,2+,的数量不够,时，钠皂占优势，乳状液不会变型，只有当,Me,2+,数量相当大时，才能使乳状液变型。当钠皂数量与二价金属皂数量不相上下时，乳状液是不稳定的。,相体积,某些体系中,内相体积在,74%,以下,时体系是稳定的，当继续加入内相物质使其体积超过,74%,时，则内相变成外相，乳状液发生变型。,温度,有些乳状液在温度变化时有变型。如，由,相当多的脂肪酸和脂肪酸钠的混合膜,所稳定的,W/O,型乳状液升温后，加速脂肪酸向油相中扩散，使膜中脂肪酸减少，因而易变成由钠皂稳定的,O/W,型乳状液。用,皂作乳化剂的,苯,/,水乳状液，在较高温度下是,O/W,型乳状液，降低温度可得,w/O,型乳状液。发生,变型的温度,与,乳化剂浓度,有关。,浓度低,时，变型温度随浓度增加变化很大，当浓度达到一定值后，变型温度就不再改变。这种现象实质上涉及了,催化剂分子,的水化度。,电解质,在用油酸钠乳化的苯,/,水乳状液中，加入适量,NaCl,后,变为水,/,苯乳状液，这是,由于加入,电解质后减少了分散相粒子上的电势，使表面活性剂离子和反离子之间的相互作用增强，降低了亲水性，有利于变为,W/O,型乳状液。在上述实验中加入电解质时，在水相和油相中都有部分皂以固体状态析出，,析出量小于,20%,时乳状液不发生变型，,析出量大于,20%,时,才发生变型。将水相和油相中析出的皂过滤掉，得到苯,/,水乳状液，说明在电解质作用下固体皂析出，而且只有在固体皂参加下才能形成水,/,苯型乳状液。,1.,乳状液不稳定的方式,乳状液不稳定方式,:,分层,creeming,、沉降,sedimentation,、絮凝,aggregation,、聚结,coalescence,、变形,imersion,、破乳,deemulsification,根据乳状液的形成过程及特点，即使采用最好的乳化剂得到的乳状液也只有相对较好的稳定性。从热力学角度讲，只有乳状液破坏了才稳定。,聚结,破乳,絮凝,分层,乳状液,水,油,三,.,乳状液的破坏,分层,A.,定义,因分散相与分散介质密度差而引起的液滴上浮或下沉现象。,B.,特点,分层使乳状液分散相液滴浓度不均匀；,对于,O/W,乳状液，分散相油滴上浮。故上层液滴浓度大；对于,W/O,型乳状液，下层水滴浓度大，发生分层时乳状液并未破坏；,分层并非破乳。,C.,加速分层的条件,加大内外相密度差；,采用机械分离手段（离心分离等）；,加入某些电解质或分层剂。,絮凝和凝聚,分散相液滴,聚集在一起,，但,并不合并,而独立存在，这种多个液滴的聚集,适当搅动,仍可,再分散，其作用力,为范德华力。,聚结,聚集的液滴间的分散介质扩散出来，小液滴相互合并形成大液滴，,聚结是破乳的前过程，,减缓聚结速度是,维持乳状液稳定性防止破乳的关键环节。,相分离,乳状液的分散相液滴经聚集、聚结，液滴数目减少，最终两相完全分离的过程。,乳状液稳定的主要因素是应具有,机械强度足够的保护膜,。因此，只要是能使保护膜减弱的因素原则上都有利于破坏乳状液。,2.,破乳方法,化学法,在乳状液中加入,反型乳化剂,，会使原来的乳状液变得不稳定而破坏，因此，反型乳化剂即是,破乳剂,。如，在用,钠皂稳定,的,O/W,型乳状液中加入,少量,CaCl,2,，可使原来的乳状液破坏。,在用金属皂稳定的乳状液中,加酸,亦可破乳，这是,因为,所生成的脂肪酸的乳化能力远小于皂类。此法常称为,酸化破乳,。,在稀乳状液中,加入电解质,能降低其,电位，并减少乳化剂在水相中的水化度，亦能促使乳状液破坏。,顶替法,在乳状液中加入,表面活性更大的物质,，它们能吸附到油,水界面上，将原来的乳化剂顶走，但它们,本身由于碳氢链太短，不能形成坚固的膜，导致破乳,。常用的,顶替剂,有戊醇、辛醇、乙醚等。,电破乳法,此法常用于,W/O,型乳状液的破乳,。由于油的电阻率很大，工业上常用,高压交流电破乳,(,电场强度在,2000Vcm,-1,以上,),。,高压电场的作用为,：,(1),极性的乳化剂分子在电场中随电场转向，从而能削弱其保护膜的强度；,(2),水滴极化后，水滴相互吸引，使水滴排成一串，成珍珠项链式，当电压升至某一值时，这昆小水滴瞬间聚结成大水滴，在重力作用下分离出来。,加热法,升温一方面可以,增加乳化剂的溶解度,，从而降代它在界面上的吸附量，削弱了保护膜；另一方面，升温可以,降低外相的粘度,，从而利于增加液滴相碰的机会，所以升温有利于破乳。,冷冻也能破乳,。但只要是由,足够量的乳化剂制得的乳状液,，或者用,效率较高乳化剂,制得的乳状液，一般在低温下都可保持稳定。,机械法,机械法破乳,包括离心分离、泡沫分离、蒸馏和过滤等，通常先将乳状液加热再经离心分离或过滤。过滤时，一般是,在加压下,将乳状液通过吸附剂或多孔滤器，由于油和水对固体的润湿性不同，或是吸附剂吸附了乳化剂等，都可以使乳状液破乳。,破乳的方法多种多样。究竟采用哪种方法，需根据乳状液的具体情况来确定，在许多情况下常联合使用几种方法。如，油田要使含水原油破乳，往往是加热、电场、表面活性剂三者并举。原油是,W,0,型乳状液，它是靠皂、树脂,(,胶质,),等表面活性物质而稳定的。同时，沥青质粒子和微晶石蜡等固体粉末也有乳化作用，且是,W,O,型乳化剂。,乳状液破乳总结,4.,原油破乳剂特点,能将原来的乳化剂从液滴界面上顶替出来，而自身又不能形成牢固的保护膜。,能使原来作为乳化剂的固体粉末,(,如沥青质粒子或微晶石蜡,),完全被原油或原油中的水湿。使固体粉末脱离界面进入润湿它的那一相，从而破坏了保护层。,破乳的物质是一种,O,W,型乳化剂,目前常用的是,聚醚型表面活性剂,一聚氧乙烯一聚氧丙烯的聚合物，国内常用的破乳剂商品名称是,SP169,。它们能强烈地吸附在油,水界面上，顶替原来存在的保护膜，使保护作用减弱，有利于破乳。表面活性剂分子链上,聚氧乙烯基团较多,，而且用于破乳的量不多，故在界面上吸附的分子大致是平躺着的，分子间的引力不大，界面膜厚度较薄、强度差，因而易于破乳。,第七节微乳状液,1.,微乳液概述,通常所说的,乳状液颗粒大小,常在,0.2,50,m,之间，在普通光学显微镜下可观测到。从外观看，除极少数分散相和分散介质的折光指数相同外，一般都是乳白色、不透明的体系，故有人称之为“宏乳状液”，简称乳状液。,1943,年Schulmma,等人往乳状掖中,滴加醇,，制得,透明或半透明、均匀并长期稳定的体系,。经大量研究发现，此种乳状液中的,分散相颗粒很小,，常在,0.01,o.20,m,之间，此种由,水、油、表面活性剂和助表面活性剂,等四个组分，以适当的比例自发形成的,透明或半透明的稳定体系,，称之为,微乳状液,。,微乳液定义,微乳状液在生产上早就有应用，早期的一些,地板抛光蜡液,、,机械切削油,等都是微乳状液。,60,年代中期，在三次采油中，利用,微乳状液使采收率有很大的,提高。用微乳状液驱油，采收率普遍提高,10,以上，这项研究引起国内外石油业的普遍重视，正在积极开展研究。,常见微乳状液的配方为,：,原油,+,石油磺酸钠盐,+,低碳醇,(,丙、丁、戊醇,)+,水,。但要想取得大规模的应用，还有相当多的问题有待解决。,微乳液应用,2.,微乳液的形成,如果在,苯或十六烷,中加入相当量的油酸,0.1m,，显微镜可见，有的甚至肉眼可见；一般质点大小不均匀,质点大小致在,0.01,0.1m,间，显微镜不可见；一般质点大小均匀,胶团大小一般,0.01m,，显微镜不可见,质点形状,一般为球状,球状,溶液稀时为球状，浓时可呈各种形状,透光性,不,透明,半透明至透明,一般透明,稳定性,不稳定，用离心机易于分层,稳定，用离心机亦不能使之分层,稳定，不能分层,表面活性剂用量,可少用；一定加辅助表面活性剂,用量多；需加辅助表面活性剂,超过,CMC,所需量即可，但加溶油或水分之量多时须多加,与油、水之混溶性,O/W,型与油不混溶，,W/O,型与水混溶,与油、水在一定范围内可混溶,未达加溶饱和量时，可溶解油或水,4.,形成机理,微乳状液之所以能形成稳定的油、水分散体系，一种解释是认为在一定条件下产生了所谓,负界面张力,，从而使液滴的分散过程,自发地进行,。,没有表面活性剂,存在时，一般油水界面张力大约是,(30-50)10,-5,N,cm,。,有表面活性剂,时，界面张力下降；若再,加入一定量极性有机物,，可将界面张力降至不可测量的程度。此后，即形成稳定的微乳状液。由此可见，当表面活性剂及辅助表面活性剂之量足够时，油水体系的界面张力可能暂时小于零,(,为负值,),，但负界面张力不可能稳定存在，体系欲趋于平衡，则必扩大界面，使液滴的分散度加大，最终形成微乳状液。此时，界面张力自负值变为零。此即微乳状液的形成机理。,微乳状液在一,基本性质,上与,胶团溶液,相近，即似乎均是热力学的稳定体系，而且在质点大小和外观上也相似。,另一种机理为,：微乳状液的形成，实际上就是在一定条件下表面活性剂胶团溶液对油或水的,加溶结果,形成了膨胀,(,加溶,),的胶团溶液，亦即形成了微乳状液。,乳状液相反，微乳状液的形成是,自发过程,。质点的热运动使质点易于聚结；一旦质点变大，则又形成暂时的负界面张力，从而又必须使质点分散，以扩大界面积，使负界面张力俏除，而体系又达平衡。因此微乳状液是稳定体系，分散质点不会聚结、分层。,Section six,乳状液的应用,1.,微乳液在三次采油中的应用,由水,(,或盐水,),、油、表面活性剂和助表面活性剂，在适当的比例下自发形成的透明或半透明的稳定体系，即,微乳状液,。,在三次采油中所用之微乳状液：,油,可以用石油馏分、轻质原油；,表面活性剂,一般用石油磺酸盐；,助表面活性剂,一般用,C3,C5,的醇；,盐,水常为,NaCI,水溶液。此微乳状液可为,W,O,型或,O,W,型，,O,W,型的微乳状液成本低，,W,O,型乳状液表面活性剂吸附损失少，抗盐能力强，二者谁为优还得视具体情况而定。,微乳状液驱油概述,对,微乳液相态及其变化,的研究，将关系到,驱油效率,的好坏。因此，研究,各种因素,(,盐浓度、醇、烷烃碳数、表面活性剂结构和温度,),对相图的影响，找出内在规律，在尽量减小相图中多相区面积，尽量不增加表面活性剂浓度的条件下,扩大混相驱的范围,。当体系进入非混相驱时，找出驱油效率高的微乳状液类型。,微乳状液主要分三种体系,：,(1)WixmonI,型体系,。该微乳状液分为单相微乳状液区和二相区。在二相区内，微乳状液和油相成平衡，微乳状液为,O,W,型。体系中油在上方，微乳状液在下方，所以也叫,下相微乳状液,。,(2)Wirson,型体系,。该微乳状也分为单相微乳状液区和在二相区中，微乳状液和水相平衡，微乳状液为,W,O,型。体系中水在下方。微乳液在上方，故又称为,上相乳状液,。,(3)Winson,型体系,。该微乳液比较复杂，有一个单相微乳状液区，二个二相区。在三相区中，微乳状和水相、油相同时达到平衡，如果体系总组成处于三相区中的任一点时，将离析出油相、水相及对应组成的乳状液，其中油相在上方，水相在下方，微乳状液在中间，因而称之为,中相乳状液,。,在这三种类型的乳状液中，下相和上相微乳状液驱油效率相近，中相微乳状液的驱油效率最好,。,中相微乳状液特点及驱油过程,改变某一影响因素，就可使相图类型发生改变，因此就可能获得中相微乳状液，而其中,改变盐浓度,是最方便的方法。,通过大量研究及分析表明，,最佳含盐度,时的中相微乳状液有如下特点：,中相微乳状液与油的界面张力,(,m-o),和与水的界面张力,(,m-w),相等；,增溶参数,V,o,/V,s,和,V,w,V,s,相等。这时，表面活性剂对油和水有着最适宜的平衡关系；,表面活性剂的滞留量最小；,在多孔介质中，油珠聚并的时间最短。表面活性剂和助表面活性剂在油水界面上的吸附量达最大值，助表面活性剂最大的吸附量使界面粘度最小，因而油珠聚井时间最短；,原油采收率最大。,将微乳状液注到地层后，再用缓冲液驱替，在缓冲液后缘又注入驱替水，从而构成一个多段塞驱替体系如图所示。,根据各个带之间的关系，可以看出,为什么用中相微乳状液驱油效率较好,。在最佳含盐度中相微乳状液的驱袖过程中，微乳状液段塞的,前缘和后缘,的界面张力都是,超低的,。前缘超低的界面张力可以使不流动的,残余油重新流动,；后缘界面张力低可使缓冲带把微乳状液驱替前进，否则微乳状液把残油驱出后进入孔隙孔遭，缓冲液不能再把它驱替出来；使得大量微乳状液滞留在地层微孔中，从而影响驱油效率。所以，后缘的超低界面张力是保证微乳状液段塞呈活塞式推进的条件之一。,另一个保证微乳状液段塞呈活塞式推进的方法是,流动控制,。为了防止驱替体系的指进窜流，微乳状液段塞的粘度一定要大于或等于油带的粘度，而缓冲带的粘度必须大于或等于微乳状液段塞的粘度。这样后面的段塞就不会超越前面的段塞而窜流到前面去，以保证前面段塞不受破坏。,许多,聚合物,可用作缓冲带段塞的流度控制剂，如聚丙烯酰胺、聚环氧乙烯和多糖等。目前普遍使用的是聚丙烯酰胺，通过改变聚丙烯酰胺的分子量、水解度和浓度等，就可以调节缓冲带的流度。但,聚丙烯酰胺溶液的粘度,受温度和盐度影响较大。,2.,乳化降粘输送,在稠油中掺入表面活性剂水溶液，形成具有适当稳定性的,O,W,型乳状液或拟乳状液。同时，表面活性剂吸附在管壁上形成,一层亲水膜,；使管壁的油湿性,变为水湿,性。这样，在输送中,原油乳状液内摩擦,及它与管壁的摩擦变为,水相的摩擦,，从而使粘度大幅度下降，管线摩阻大大降低，节省能源，提高输送能力。,该方法中；,表面活性剂,的用量一般为：,100,2000mg,L,，,掺水量,为,26,50,，,稠油乳化,后的粘度可从,1000,8000mPas,降到,100mPa.s,，有时可降至,11,25mPa.s,。,乳化降粘剂的选择,乳化降粘的关键问题是,形成适当稳定的,O,W,型乳状液,，在整个输送过程中不会破乳分层，最后到集油站或炼厂后又能容易破乳脱水。选用合适的表面活性剂是非常关键的，,HLB,值为,7,18,的,阴离子型,表面活性剂和,非离子型,表面活性剂可作为乳化剂，,如,烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯脂肪醇醚等。近年来，乳化剂已经从单一品种的表面活性剂发展到两种或两种以上的表面活性剂复配。复配后乳化降粘效果更好，用量少、成本低。同时通过改变复配比例可以控制,O,W,乳状液的稳定时间。,Game 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