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腰果酚醛樹脂嵌段聚醚破乳劑表面/界面性能、油滴破裂速率常數測定（一）
來源：石油化工高等學校學報 瀏覽 561 次 發布時間:2025-06-11
以腰果酚和甲醛為原料合成腰果酚醛樹脂起始劑，再與環氧乙烷(EO)和環氧丙烷(PO)聚合，合成腰果酚醛樹脂嵌段聚醚破乳劑(CPFE)。采用表面張力法測定了CPFE的臨界膠束濃度(cmc)為80 mg/L，對應的表面張力值(γcmc)為17.38 mN/m。采用旋滴法測定了CPFE的油-水界面張力，考察了CPFE質量濃度和溫度對油-水界面張力的影響。結果表明,隨著CPFE質量濃度增加，油-水界面張力顯著下降；隨著溫度升高，CPFE的界面活性下降，表明CPFE適合在低溫環境下使用。采用單滴法測定了油滴破裂速率常數k隨CPFE質量濃度的增加而增大。
油水界面膜的強度決定了原油乳狀液的穩定性。在油水界面上吸附著大量的原油中天然乳化劑和開采過程中加入的表面活性劑，形成具有一定強度的黏彈性膜，阻礙乳滴的聚結，增強了原油乳狀液的穩定性。原油中含有大量的晶態石蠟、膠質、瀝青質、黏土以及碳酸鹽等，這些物質含量越高，原油乳狀液穩定性越強。目前需要解決的問題是如何減小油水界面膜強度，降低原油乳狀液的穩定性，實現破乳脫水。
對破乳機理研究表明，原油乳狀液的界面膜強度越大，原油中水珠碰撞后越難破裂，乳狀液越穩定，因此，破乳的關鍵問題是破壞油水界面膜。界面膜的改變會直接影響到原油體系的油-水界面張力，因此，了解界面膜變化的一種直接方法就是研究油-水界面張力的變化。此外，還可以通過單滴法測定油滴的破裂速率常數來研究油水界面膜的強度。
破乳劑的界面活性與其破乳性能有密切的關系，當具有較好的表面活性時，能最大限度降低油-水界面張力，使油水界面膜強度降低，乳狀液的破乳脫水變得容易，因此，可通過測定表面活性來研究破乳劑的破乳性能。目前，主要通過瓶試法考察破乳劑的性能，卻很少從破乳劑的表面活性、界面活性及界面膜強度進行研究。本文從破乳劑的表面和界面性質出發，對腰果酚醛樹脂嵌段聚醚CPFE的破乳性能進行了研究。
1實驗部分
1.1儀器與試劑
腰果酚：工業級，上海美東生物材料有限公司；甲醛溶液：分析純，哈爾濱市新春化工廠；氫氧化鉀(KOH)：分析純，天津化學試劑廠；環氧乙烷(EO)、環氧丙烷(PO):工業級，遼寧奧克化學股份有限公司；原油：大慶采油三廠。
DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市英峪予華儀器廠；DZF-6030A型真空干燥箱：上海一恒科技有限公司；GSH-2型高壓反應釜：體積2 L，工作壓力15～30 MPa，工作溫度上限300℃，攪拌轉速0～750 r/min，控溫精度±1℃；滴體積法表面張力儀，北京大學膠體化學研究室；TX-500C旋轉滴界面張力儀，上海地學儀器研究所。
1.2 CPFE的合成
準確稱取一定量腰果酚和催化劑KOH加入到1 000 mL三口瓶中，30℃下攪拌至KOH全部溶解，然后通入一定量的質量分數為37%的甲醛溶液，恒溫反應一定時間后加入適量二甲苯，升溫回流脫水后再進行減壓蒸餾，得到腰果酚醛樹脂。
準確稱取一定量腰果酚醛樹脂和KOH加入到高壓反應釜中，升溫至100℃時，用真空泵抽至負壓，用氮氣吹掃管路及反應釜，再攪拌升溫至130℃時，緩慢通入一定量的PO，控制反應溫度為140℃，壓力為0.25 MPa的條件下得到親油頭；然后將一定量的親油頭和氫氧化鉀加入到高壓反應釜中，與親油頭相同的制備方法升溫至120℃時,緩慢通入一定量的EO，控制反應溫度為130℃，壓力為0.25 MPa的條件下得到二嵌段聚醚，即腰果酚醛樹脂嵌段聚醚破乳劑，反應完畢后用一定量的冰醋酸中和催化劑KOH。反應路線如式(1)所示。
1.3表面性能測定
采用滴體積法測定不同質量濃度的腰果酚醛樹脂嵌段聚醚破乳劑在25℃時的表面張力。
1.4界面性能測定
采用旋轉滴界面張力儀測定腰果酚醛樹脂嵌段聚醚破乳劑的油-水界面張力，轉速為5 000 r/min，首先以大慶采油三廠模擬水(NaOH質量濃度為12 000 mg/L，NaCl質量濃度35 000 mg/L)配制不同質量濃度的破乳劑溶液，測定25、35、45、55、65℃時的油-水界面張力。
1.5油滴破裂速率常數測定
采用單滴法對腰果酚醛樹脂嵌段聚醚破乳劑的破乳過程進行研究，即在油水界面上測定液滴與同相液體互溶時的生存時間。在恒溫水浴中放入上端開口，下端用具孔膠塞密封的玻璃管，將毛細管穿過膠塞上的孔插進玻璃管中，高出膠塞1 cm左右。在玻璃管中加入水相，將玻璃管上端和毛細管中加入油相。在玻璃管上端滴入的水滴通過油相時在油水界面形成油膜，從玻璃管下端毛細管中擠出的油滴通過水相時在油水界面形成水膜。
45℃條件下，測量從毛細管擠出的油滴通過水相在油水界面形成水包油型液滴的生存時間，每一組測量數據為30滴，作出(N/N0)～t關系曲線。這里N表示某一時刻破裂的液滴總數，N0表示測量液滴的總數，(N/N0)表示破裂率。根據Cockbain等的理論研究，破裂階段的實驗曲線可表示為：ln(N/N0)=kt+C，其中k為破裂速率常數，C為回歸系數。通過k的大小定性表征液膜的強度。