接触角测量技术的应用VIP免费

接触角测量技术的应用丁晓峰Ξ,陈沛智,管蓉(有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062)摘要:总结了接触角测量技术在石油工业、浮选工业、医药材料、芯片检测、无毒低表面能防污材料测试表征方面的应用,为扩大接触角测量技术在其它领域的应用提供一些启发。关键词:接触角;测量;应用;润湿液体在固体材料表面上的接触角,是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。通过接触角的测量可以获得材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信息[1]。接触角测量技术不仅可用于常见的表征材料的表面性能,而且接触角测量技术在石油工业、浮选工业、医药材料、芯片产业、低表面能无毒防污材料、油墨、化妆品、农药、印染、造纸、织物整理、洗涤剂、喷涂、污水处等领域有着重要的应用[2～8]。1基础理论液体与固体接触时的润湿情况有两种。第一种情况,液体完全润湿固体表面,即液2气(l2v)界面与固2液(s2l)界面之间的接触角为00。第二种情况,液体部分润湿固体表面,即液体在固体表面形成液滴,呈现非零接触角。如图1所示,对于此种情况的宏观液滴,三相界面张力满足Young方程:γlvcosθ=γsv-γsl(1)其中,γ为界面张力,下标l、v和s分别代表液相、气相和固相,θ为接触角。在学术上普遍认可的接触角的定渝是[9]:过三相接触点,向l2v界面做切线,l2v界面切线与s2l界面之间的夹角,即为接触角。固体对某种液体的接触角越大,表明该液体对表面的润湿性越差。例如,材料对水的接触角越小,表明材料的亲水性越强。图1固体表面上的液滴2接触角测量技术的应用2.1在石油开采工业方面的应用世界上已探明石油储量约一半为碳酸盐岩油藏。这些碳酸盐岩油藏中很多都有天然裂缝,形成毛细管。由于毛细管作用,裂缝中的石油很难解吸出来,从而导致裂缝油藏的采收率一般都低于非裂缝油藏的采收率。为了提高裂缝油藏的采收率,就要首先测定裂缝岩石对水接触角,了解裂缝岩石的亲水、亲油性。如果裂缝岩石是水湿的(对水接触角小于30°),就可以采用注水驱油法采油,该方法属于二次采油。亲水性裂缝岩石的毛细管力容易吸入水,同时排除油,这样就可以提高采油率。然而,许多碳酸盐岩油藏(约80%)是混和润湿(对水接触角大于30°小于150°)的或油润湿的(对水接触角大于150°)[10]。这时就要采用添加表面活性剂驱油,该方法属于3次采油。表面活性剂的加入是为了减小岩石对水接触角,增加岩石的亲水性。Austad[11]用阳离子表面活性剂,如—27—第27卷增刊2008年5月分析试验室ChineseJournalofAnalysisLaboratoryVol.27.Suppl.2008-5Ξ作者简介:丁晓峰(1982-),男,硕士研究生;E2mail:xding-0@yahoo.com.cn十二烷基三甲基溴化铵(DTAB),在浓度高于其临界胶束浓度CMC(质量分数约1%)条件下,能够非常有效地使油湿性岩石吸水。吸入机理为:①吸附的原油中的有机羧酸盐与表面活性剂单体之间的相互作用产生离子对;②油相和胶束中离子对的分裂使固体表面变成水湿性;③毛细管压力使吸入盐水反向流动,吸入率随温度升高而升高,与原始水饱和度成反比。阴离子表面活性剂的采油速度比阳离子表面活性剂的慢。对于阳离子表面活性剂,表面活性剂吸附在矿石表面的气水接触角小(12～18°),而阴离表面活性剂的接触角大(39～63°)。分子沉积膜(moleculedeposition,MD)驱油是提高原油采收率的一种新方法。MD膜本质是一种离子型表面活性剂,它能在固体表面上单层交替沉积的自组装超薄膜,以静电作用为驱动力驱油。高芒来[12]以一种单分子双季铵盐(MD21)作为MD膜驱油剂,研究表明在吸附MD21后的油砂上汽油的接触角由43.68°增大至49.56°,油砂表面亲油性减弱,亲水性增强。这时,就可以采用注水的方法,以水相为驱动相,油相为被驱动相,从而提高原油采收率。2.2在浮选工业方面的应用浮选即泡沫浮选,是很独特的液固气三相分离方法。它是依据各种物料的表面性质的差异,在浮选剂的作用下,借助于气泡的浮力,从物料悬浊液中分选物料的过程[13]。这种方法所分离的物质与其密度无关,主要取决于其表面性质的差异,能浮出液面的物质对空气的表面亲和力比对水的表面亲和力大。在选矿之前测量矿物对水接触角,了解矿物的可浮性。矿物对水接触角越大,表明其疏水性越大,可浮...