表面活性剂对溶液表面张力影响的实验研究

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1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）目录1绪论11.1选题依据及背景11.2泡沫研究的进展41.3泡沫的应用61.3.1泡沫在日化食品中的应用61.3.2泡沫灭火61.3.3泡沫在油田中的应用71.3.4泡沫分离82表面张力理论基础122.1表面张力的定义和产生机理122.2表面张力的性质152.3表面张力的单位和方向152.4临界胶束浓度152.5表面张力的测定方法173实验数据记录及分析283.1表面张力的测定实验283.２实验数据记录及分析303.2.1实验数据的记录303.2.2数据分析394论文总结与展望424.1论文总结424.2展望43青岛科技大学本科毕业设计（论文）1绪

2、论1.1选题依据及背景液态泡沫是大量气泡在微量表面活性剂溶液中密集堆积形成的、高度自组织得非平衡系统，平时我们用洗洁精刷洗盘子时，或从微小开口喷嘴向溶液中吹入气体，都能形成泡沫。泡沫表面杂乱无章，内部却具有规则的结构，同时它具有许多难以理解得奇特性质。几乎完全有气体组成，既可以像固体一样发生弹性形变，又能像液体一样流动，这都是泡沫物理学[1]研究的内容之一。由纯净清澈的表而活性剂液体形成的泡沫从远处看呈亮白色，在近处细致观察，我们会发现紧密堆积的气泡以及内部规则结构[2]，如图1-1所小示泡沫的结构通常用湿和干来表示，在这里湿或干指的是泡沫内液体含量，通常采用体积分率ϕ表示。泡沫的

3、形成过程及液体分率的分布见图1-1，接近于液面的气泡间相互之间空隙很大，疏松地分布在液体中，不属于泡沫物理的研究范围。再稍往上的泡沫由于受重力作用，液体流失到了下面，因此变得比较干燥，ϕ<1%气泡之间相互连接并发生了变形，成为多面体，这种形态叫干泡沫。图1-1泡沫的两种基本形态Fig.1-1Twobasicstructureoffoam泡沫物理是一门古老的学科，早在19世纪中下叶，气泡和泡沫结构静力学的描述已经完美，在这过程中比利时科学家柏拉图（Plateau）做出了突出的贡献，他首先确定了泡沫结构平衡法则。首先四个气泡形成一组相互作用的基本单元，相交于一个交汇点每3个气泡围成一个

4、凹三角形柏拉图通，四个气泡共形成4个柏拉图通道。其曲率半径由液体体积分数、表面张力以及界面力协调决定。每两个气泡间形成一个液膜，4个气泡共形成6个液膜。液膜厚度一般为10Å-1μm，是气泡间的最小分离距离。液膜间以及柏拉图通道间的夹角分别为arcos(-1/2)青岛科技大学本科毕业设计（论文）=120°和arcos(-1/3)≈109.47°，图1-2右侧泡沫照片中的亮白色线就是柏拉图通道。图1-2液态泡沫及其基本结构Fig.1-2Liquidfoamanditsbasicstructure泡沫中的液体分布在液膜、柏拉图通道和交汇点上，当液体体积分数大约为36%时，气泡为球形气泡间

5、的接触缩为一个点，此时液膜消失，仅剩柏拉图通道和交汇点，泡沫的力学特性发生突变，这在泡沫物理学的研究中很重要，当体积分数大于36%时泡沫系统演变为鼓泡流或者气液两相流，不再属于泡沫物理的研究范畴。到了1990年前后，随着科学技术得发展，以及受材料科学和工业生产的需求，泡沫物理研究再次活跃起来。比如航空航天材料需要轻质、高强度得泡沫材料，而泡沫材料内部结构均匀时最关键的，不管是化工过程中消除泡沫还是泡沫灭火剂中保留泡沫，对泡沫稳定性得控制是关键，这些都促进了泡沫动力学的研究。含水泡沫在消防上的应用[3]是早期研究管道泡沫流动的动机。然而，开展管道和多孔介质中泡沫流动研究的最大动力却来

6、自于石油[4]天然气[5]工业技术。随着全球范围的能源危机，原油价格飞涨，石油作为现代社会中最重要的能源物质，如何努力提高油井的产量成为各国研究的热门科研课题。由于泡沫具有很高的粘度，这对钻井和清洗等操作中输送颗粒物十分有利。在泡沫压裂技术[6]中，需要向油井地质岩层水力压裂缝中注入颗粒（最典型的是砂粒），以此来防止裂缝的闭合。实验研究发现当岩层的渗透率增加时，多孔介质[7]中泡沫得迁移率下降，这表明可以用泡沫来堵塞或者改变压裂剂的流向，从而在一定程度上控制油藏流体[8]的通路。此外，泡沫还可以作为管道运输煤粉的介质，它也是纸张涂层、织物整饰工艺中一种富有吸引力的媒质，可以用来散播

7、颜料和其他表面处理剂，液体泡沫常是加工合成多胞固体得中间阶段。由于泡沫结构会影响这些材料得性能，以此推动了人们去了解流动对元泡[9]形态的形成和对大分子及微观相的取向所起的作用。这些都极大地推动了人们对泡沫流变特性的研究。青岛科技大学本科毕业设计（论文）液态泡沫有独特流变特性，在常规重力或较小外力下，不足以使得液态泡沫流动，此时液态泡沫就像固体，具有一定的弹性，泡沫的剪切模量来自液膜表面张力，与气泡大小和液体体积分数有关，一般在l0Pa的量级，相比之下钢的剪切模量为8