最新第三章(3-2)润湿性课件PPT
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表面活性剂化学课件：chapter3表面活性剂功能与应用-润湿作用-qi
1.3 铺展
铺展： 液体取代固体表面上的气体，固-气界面被 固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。
铺展发生条件为：
自由能：△GS=γSL+γLG-γSG≤0
铺展功: WS=γSG-γSL-γLG≥0
一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿 现象必然能够发生。
从润湿方程可以看出：固体自由能γSG越大，液体 表面张力γLG越低，对润湿越有利。
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4.影响润湿作用的因素
4.1 温度 一般来说，温度↑，润湿性能↑。
低温下短链表面活性剂润湿性能好于长链表面活性 剂。
高温下短链表面活性剂润湿性能不如长链表面活性 剂。
原因：温度↑长链表面活性剂溶解度↑
非离子表面活性剂，温度接近浊点，润湿性能最佳 0.1% OP-15： 25 ℃ 润湿性能50s 70 ℃ 润湿性能17s
7
2.接触角和润湿方程（杨氏方程）
接触角与固-液，固-气和液-气 表面张力的关系可表示为：
γSG-γSL=γLGCOS θ 杨氏方程
COS θ =（γSG-γSL）/γLG
接触角：固、液、气三相 交界处自固-液界面经过 液体内部到气液界面处的 夹角。
θ ＞90°不润湿； θ ＜90°润湿； θ 越小润湿越好 。 θ =0°或不存在→铺展。
表面活性剂具有双亲分子结构，能够在界面发生定向吸 附，降低液体的表面张力→润湿作用。
3.1 在固体表面发生定向吸附(改变固体表面的性质)
月桂酸钾在气固表面的吸附 表面活性剂在固体表面吸附状态是影响表面润湿特性的重要因素。
11
3.2 提高液体的润湿能力（改变润湿液体的性质）
水不能在低能固体表面铺展，加凹入陷表部面份充活满性着剂空气，，降这低样就水在表紧面贴叶张面 力γLG，使其润湿固体的表面。 上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层
油层物理第三章
— OB — WB
— WA —OA
人们将毛管压力定义为两相界面上的压力差，
其数值等于界面两侧非湿相压力减去湿相压力，由
上述定义，得：
Pc=Pob-Pwb=（ρw-ρo）gh=Δρgh
4）
这是油层中毛细管平衡理论的基本公式。该式 表明：液柱上升高度直接与毛管压力值有关，毛管 压力越大，则液柱上升越高。
（1） 润湿：是指流体在界面张力作用下沿 岩石表面流散的现象。即铺展能力，能铺展 开的为润湿，否则为不润湿。
（2）润湿性（选择性润湿）：当岩石表面同 时存在两种非混相流体时，由于界面张力的差 异，其中某一相流体自发地驱开另一相流体而 占据固体表面的现象。
亲水憎油 亲油憎水 中间润湿
（3）润湿程度的衡量
的大小。
单位：牛顿·米/米
2，达因·厘米/厘米2=尔格/厘米2。
(2)界面张力：当以达因/厘米表示比界 面能时，则称为界面张力。即单位界面 长度上所受到的力。
虽然比界面能在表示为能量和力时具有相同的数 值，但比界面能和界面张力是两个不同的概念，数值 相等，因次不同，它们从不同的角度反映了不同现象。
注意：
定义：三相润湿周界沿固体表面移动迟缓而
产生润湿接触角改变的现象。分为静润湿滞后 和动润湿滞后。
油 水B 2 固
A 1
润湿滞后的前进角和后退角
水驱油；前进角1> ，； 油驱水；后退角2< , 。 1 - 2越大，滞后越严重。
（1）静润湿滞后
定义：是指油、水与固体表面接触的先后次序不
同时所产生的滞后现象。即油驱水，还是水驱油 的过程时所产生的滞后。
吉布斯比吸附定律：
G
1
C
讨论：
RT CT
第三章 固—液界面(润湿)
通过测定h、h0可求得θ。使用此方法应注意粒子的均匀性及装填情况。
10
3.2 接触角的测定
（2）透过速度法 可润湿粉末的液体在粉末中上升可称为液体在毛细管中的流动，其流 动速度根据Poiseulle方程可得
dh 2 r cos dt 8 h r cos 2 h t 2
S G ( l-s l-g s-g )
4
3．1 湿润和接触角 4. 接触角
在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称 为接触角，通常用θ表示。 若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面； 若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。 接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算：
sl sv lv cos 0
著名的Young方程
cos
s - g l -s l-g
Wa G ( l s g l g-s )
粘附功计算：
Wa gl (1 cos )
7
3.2 接触角的测定
dh 2 r cos dt 2
此式称为Washburn方程，如果在粉末柱接触液体后立即测定h～t关系，以 h2～t作图，则从直线斜率得 r cos ， 代入已知的η（粘度），r（平均半径），γ可得θ。 2
11
3.3 影响接触角测定的因素
前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时应注意以下两个问题：平衡 时间和体系温度的恒定，当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角称为动 接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要 意义（因粘度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的体系，由于表面张力 的变化，接触角也会变化，因此，若一已基平达平衡的体系，接触角的变化，可能 与温度变化有关，简单判断影响因素的方法是，平衡时间的影响一般是单方向的， 而温度的波动可能造成γ的升高或降低。除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的 因素还有接触角滞后和吸附作用。 （1）接触角滞后 ①前进接触角和后退接触角 前进接触角，以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前进接触角θA，如将 固体板插入液体中；后退接触角则相反，即以固气界面取代固液界面后形成的 接触角叫后退接触角，用θR表示，如水滴在斜玻璃板上，流动可形成前进接触 角和后退接触角。 ②接触角滞后及原因 接触角滞后指前进接触角与后退接触角之差（θA-θR）
润湿
在解决实际的润湿问题时，应首先分清它是哪一类型，
过程，从整个过程看，它是一浸湿过程。但实际上它
却经历了三个过程：（a）到（b）为沾湿，（b）到
（c）为浸湿，（c）到（d）为铺展。
目录
上页
下页
退出
V
铺 浸 沾 展 湿
S
L
S
图4.11 固体进入液体过程
目录 上页 下页 退出
三、非理想固体表面上的接触角
目录 上页 下页 退出
7、真空中Al2O3 的表面张力约为900尔格/厘米2，液态铁
的表面张力为1720尔格/厘米2，同样条件下，界面张力
（液态铁－氧化铝）约为2300尔格/厘米2，问接触角有 多大？液态铁能否润湿氧化铝？
8、表面张力为500尔格/厘米2的某液态硅酸盐与某种多
晶氧化物表面相接触，接触角θ＝450，若与此氧化物相 混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角ψ平 均为900，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界 面的界面张力为1000达因/厘米，试计算氧化物的表面 张力？
受三个界由面张力的作用来处理。当三个作用力达到平衡时，
应有下面关系
cos
LV SV SL
SV
SL
LV
cos
SV
或
F
LV
C O S
SL
F 润湿张力
这就是著名的Young方程。式中γSV和γLV是与液体的饱和蒸
气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。
目录 图4.12
上页 下页 表面粗糙度的影响 退 出
因此：
（1）θ＜90°时，θn＜θ，即在润湿的前提下，表面粗糙化 后θn变小，更易为液体所润湿。 （2）θ＞90°时，θn ＞θ，即在不润湿的前提下，表面粗糙 化后θn变大，更不易为液体所润湿。 大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于90°，因 而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水在光滑石蜡表 面上接触角在105~110°之间，但在粗糙的石蜡表面上，实
3-2润湿性
第二节
润湿现象:
油藏岩石润湿性 和油水微观分布
水迅速散成薄薄的一层
干净的玻璃板上滴一滴水
干净的玻璃板上滴一滴水银
水银聚拢形成球状
在铜片上滴一滴水银
水银呈馒头状
一、岩石的润湿性
1、润湿的定义
液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。
2、衡量润湿性的参数
润湿角θ
定 义
过气液固或液液固 三相交点对液滴表 面所作的切线与液 固表面所夹的角。
前进角
θ1＞θ
后退角
θ2＜θ
Δθ θ 1 θ 2
三、润湿滞后
在两相驱替过程中出现
润湿滞后：指由于三相周界沿固体表面移动的 迟缓而产生润湿角改变的现象。
根据引起润湿滞后的原因不同 静润湿滞后
动润湿滞后
引起润湿角改变的三种因素
(1)与三相周界的移动方向有关
由于润湿次 序不同而引起 的润湿角改变 的现象称为静 润湿滞后。
V o 1 离心吸水排油量 Vw1
油湿指数
自动吸油排水量 自动吸油排水量
V w 1 离心吸油排水量
Vw2
由润湿指数评价岩石的润湿性
润湿指数 油湿指数 水湿指数 润湿性
亲油
1~0.8 0~0.2
弱亲油
0.7~0.6 0.3~0.4
中性
两指数接 近
弱亲水
0.3~0.4 0.7~0.6
亲水
0~0.2 1~0.8
湿相驱替非湿相的过程称为“吸吮过程。”
2、亲油岩石中的油水分布
(a)含水饱和度较低时：油分布在岩石表面，水首先沿着 大孔道形成曲折迂回的连续水流渠道,而油只是在水流的 摩擦携带作用下沿孔隙壁面流动； (b)当继续注水时,水逐渐进入较小的孔道,并使这些小孔 道串联起来形成另外一些水流渠道； (c)当形成的水流渠道多得几乎使水畅通地渗流时,油实 际上已被憋死,残余的油停留在一些小孔道内及在水流通 道的固体表面上以油膜形式存在。
润湿现象:
油藏岩石润湿性 和油水微观分布
水迅速散成薄薄的一层
干净的玻璃板上滴一滴水
干净的玻璃板上滴一滴水银
水银聚拢形成球状
在铜片上滴一滴水银
水银呈馒头状
一、岩石的润湿性
1、润湿的定义
液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。
2、衡量润湿性的参数
润湿角θ
定 义
过气液固或液液固 三相交点对液滴表 面所作的切线与液 固表面所夹的角。
前进角
θ1＞θ
后退角
θ2＜θ
Δθ θ 1 θ 2
三、润湿滞后
在两相驱替过程中出现
润湿滞后：指由于三相周界沿固体表面移动的 迟缓而产生润湿角改变的现象。
根据引起润湿滞后的原因不同 静润湿滞后
动润湿滞后
引起润湿角改变的三种因素
(1)与三相周界的移动方向有关
由于润湿次 序不同而引起 的润湿角改变 的现象称为静 润湿滞后。
V o 1 离心吸水排油量 Vw1
油湿指数
自动吸油排水量 自动吸油排水量
V w 1 离心吸油排水量
Vw2
由润湿指数评价岩石的润湿性
润湿指数 油湿指数 水湿指数 润湿性
亲油
1~0.8 0~0.2
弱亲油
0.7~0.6 0.3~0.4
中性
两指数接 近
弱亲水
0.3~0.4 0.7~0.6
亲水
0~0.2 1~0.8
湿相驱替非湿相的过程称为“吸吮过程。”
2、亲油岩石中的油水分布
(a)含水饱和度较低时：油分布在岩石表面，水首先沿着 大孔道形成曲折迂回的连续水流渠道,而油只是在水流的 摩擦携带作用下沿孔隙壁面流动； (b)当继续注水时,水逐渐进入较小的孔道,并使这些小孔 道串联起来形成另外一些水流渠道； (c)当形成的水流渠道多得几乎使水畅通地渗流时,油实 际上已被憋死,残余的油停留在一些小孔道内及在水流通 道的固体表面上以油膜形式存在。
润湿功能2021最全PPT
3
接触角：若在固、液、气三相交界处， 作气—液界面的切线，自此切线经过液 体内固—液交界线之间的夹角，被称之 为接触角(contactangle)，以θ表示。
接触角程度的判断：
θ=0° θ< 90° θ> 90° θ＝180°
完全润湿 润湿
不润湿 完全不润湿
4
第六节 润 湿 剂
在实践中，有时我们希望液体对固体 的润湿性好，有时却要求液体对固体的 润湿性差些。
28
29
它是在水溶液中应用的，织物加热 至120～150ｏC，再经漂洗和干燥可推 测，这一处理会使季铵盐分解为酰胺， 它能在纤维上形成一种醚键粘附于纤维 表面上，具有不透水而能透气的特性。 另外，有机硅聚合物具有硅氧链
第五章润湿功能
1
润湿是一种极普遍的现象，在自然界 中到处可见。人类及动植物的生命转行过 程与润湿息相关。在生产实践过程中也离 不开润湿。例如，胶片的涂布、洗涤、润 滑、原油的开采、农药的喷洒、固液悬浮 体的分离、印染以及颜料在介质中的分散 与稳定等等均与润湿过程有关。但在许多 场合，往往又不希望润湿，例如，防水、 抗粘、泡沫选矿等。
由于润湿取决于在动态条件下表面张 力降低的能力，因此润湿剂 既要能降低 表面张力又要能扩散性好，能很快吸附在 新的表面上．
7
8
9
10
Surfynol 104和AOT是典型亲水基 在中间疏水基带支链的高效润湿 剂。润湿剂有阴离子型和非离子 型、阳离子型的表面活性剂一般 不用作润湿剂。
11
第七节 润湿剂的应用
制的。其中的主成分必有捕集剂和起
泡剂
16
捕集剂是将亲水的矿物表面变为疏水 的表面，以利于矿物易粘附于气泡上 的药剂。 起泡剂是造成大量的界面，产生大 量泡沫的药剂。
接触角：若在固、液、气三相交界处， 作气—液界面的切线，自此切线经过液 体内固—液交界线之间的夹角，被称之 为接触角(contactangle)，以θ表示。
接触角程度的判断：
θ=0° θ< 90° θ> 90° θ＝180°
完全润湿 润湿
不润湿 完全不润湿
4
第六节 润 湿 剂
在实践中，有时我们希望液体对固体 的润湿性好，有时却要求液体对固体的 润湿性差些。
28
29
它是在水溶液中应用的，织物加热 至120～150ｏC，再经漂洗和干燥可推 测，这一处理会使季铵盐分解为酰胺， 它能在纤维上形成一种醚键粘附于纤维 表面上，具有不透水而能透气的特性。 另外，有机硅聚合物具有硅氧链
第五章润湿功能
1
润湿是一种极普遍的现象，在自然界 中到处可见。人类及动植物的生命转行过 程与润湿息相关。在生产实践过程中也离 不开润湿。例如，胶片的涂布、洗涤、润 滑、原油的开采、农药的喷洒、固液悬浮 体的分离、印染以及颜料在介质中的分散 与稳定等等均与润湿过程有关。但在许多 场合，往往又不希望润湿，例如，防水、 抗粘、泡沫选矿等。
由于润湿取决于在动态条件下表面张 力降低的能力，因此润湿剂 既要能降低 表面张力又要能扩散性好，能很快吸附在 新的表面上．
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10
Surfynol 104和AOT是典型亲水基 在中间疏水基带支链的高效润湿 剂。润湿剂有阴离子型和非离子 型、阳离子型的表面活性剂一般 不用作润湿剂。
11
第七节 润湿剂的应用
制的。其中的主成分必有捕集剂和起
泡剂
16
捕集剂是将亲水的矿物表面变为疏水 的表面，以利于矿物易粘附于气泡上 的药剂。 起泡剂是造成大量的界面，产生大 量泡沫的药剂。
第三节
（二）孔径分布
煤的孔径大小并不是均一的，按霍多特分级有：
过渡孔，孔径为（100 ~1000）×10－10m；
中孔，孔径为（1000~10000）×10－10m；
大孔，孔的直径大于10000×10－10m。
1．孔径分布的测定
（1）压汞法：水银在无外压条件下不能进入煤的孔隙，若
施加压力克服了表面张力产生的阻力，情况就发生变化。
此法的特点是只能测过渡孔的孔体积，再换算到孔径。
直径小于12埃的微孔不能直接测定，而是用差减法求出微 孔体积，即V3=V总－（V1＋V2）。V总为孔体积总和，根 据氦和水银测定的密度计算，V1粗孔体积，V2过渡孔体 积。已知V3可估算出微孔的孔径。
2．孔体积的分布和煤化程度的关系
不同煤化程度的煤各种孔的分布有一定规律： ①C低于75%的褐煤粗孔占优势，过渡孔基本没有。 ②C75~82%之间的煤过渡孔特别发达，孔隙总体积
主要由过渡孔和微孔所决定。 ③C88~91%的煤微孔占优势，其体积占总体积70%
以上。过渡孔一般很少。
（2-10）
d氦
式中、d汞分别为用氦和汞测定的煤的密度（g/cm3）
也可以用真密度和视密度来计算煤的孔隙度。
孔隙度=
TRD ARD 100% TRD
（2-11）
2．孔隙度与煤化程度关系
影响孔隙度的因素除含碳量外还受成煤条件、煤岩显微 结构等因素的影响，所以同一含碳量，特别是年青煤其孔隙 度有一个相当大的波动范围。
（一）煤的比表面积（m²/g）测定方法
1．B.E.T法：原理是一定条件下测定被煤吸附的气体重量。 假定被吸附的气体分子在煤表面成单分子层分布，这样根 据吸附的气体重量和气体分子的截面积就可计算出煤的表 面积。供吸附的气体有氮、二氧化碳和惰性气体氖、氩、 氪、氙等。——经典方法
油层物理33第三节润湿
25
5、岩石的非均质的影响
❖ 斑状润湿是指在同一岩样的表面上由于矿物组成不同表现 出不同的润湿性，油湿或水湿表面无特定位置，就单个孔 隙而言，一部分表面为强水湿，其余部分则可能为强油湿， 而且油湿表面也并不一定连续（图8—27）。
❖ 混合润湿是指在大小不同的孔道其润湿性不同，小孔隙保 持水湿不含油，而在大孔隙的砂粒表面由于与原油接触常 是亲油的，油可连续形成渠道流动，如图8—28所示。
gs Ls gL cos
❖ 该式即著名的杨氏(Young-Kugpt)方程。
cos gs Ls gL
arc
c
os
gs
Ls
gL
9
3、润湿程度的衡量——附着功
❖ 衡量岩石润湿性大小的另一个指标是附着功或粘附功。 ❖ 附着功是指在非湿相流体(如气相)中,将单位面积的湿相
从固体界面拉(离)开所作的功。使液滴脱离固体表面所作 的功转化为表(界)面能的增加量。
6
2、润湿程度的衡量——接触角
❖ 通过分析我们不难得出几个结论： ▪ ①润湿现象总是发生在三相体系之中，其中一相必为固体，另外 两相可以为液液或液气。 ▪ ②润湿现象也是一种表面现象，是发生在三相（其中一相必为固 相）同时存在时，三种相界面上自由表面能平衡（系统的总自由 界面能最低）的结果。是自由表面能在三相存在的条件下（其中 两相液体在固体表面上）发生作用的一种特殊现象。 ▪ ③润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积，它与三 个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。其中固相与那一 相液体的界面张力低，固体不亲哪一相而憎另一相流体，或者说 哪 一相液体容易沿固体表面流散。 ▪ ④我们平常所说的亲油、亲水是指当两种非混相流体（如油和水） 在分子力作用下，某种液体自发地将另一种液体从固体表面驱走 的能力。也就是两种液体要比较谁相对来说铺能力强，我们就说 固体表面亲谁，或谁亲固体表面，所以说润湿相对的而不是绝对 的，一种流体只有同另一种液体相比较也许又为湿相了。如在石 英表面上当油水两相比较也许又为比较为非湿相，水为湿相；但 当油气共存时，油又为湿相了。
5、岩石的非均质的影响
❖ 斑状润湿是指在同一岩样的表面上由于矿物组成不同表现 出不同的润湿性，油湿或水湿表面无特定位置，就单个孔 隙而言，一部分表面为强水湿，其余部分则可能为强油湿， 而且油湿表面也并不一定连续（图8—27）。
❖ 混合润湿是指在大小不同的孔道其润湿性不同，小孔隙保 持水湿不含油，而在大孔隙的砂粒表面由于与原油接触常 是亲油的，油可连续形成渠道流动，如图8—28所示。
gs Ls gL cos
❖ 该式即著名的杨氏(Young-Kugpt)方程。
cos gs Ls gL
arc
c
os
gs
Ls
gL
9
3、润湿程度的衡量——附着功
❖ 衡量岩石润湿性大小的另一个指标是附着功或粘附功。 ❖ 附着功是指在非湿相流体(如气相)中,将单位面积的湿相
从固体界面拉(离)开所作的功。使液滴脱离固体表面所作 的功转化为表(界)面能的增加量。
6
2、润湿程度的衡量——接触角
❖ 通过分析我们不难得出几个结论： ▪ ①润湿现象总是发生在三相体系之中，其中一相必为固体，另外 两相可以为液液或液气。 ▪ ②润湿现象也是一种表面现象，是发生在三相（其中一相必为固 相）同时存在时，三种相界面上自由表面能平衡（系统的总自由 界面能最低）的结果。是自由表面能在三相存在的条件下（其中 两相液体在固体表面上）发生作用的一种特殊现象。 ▪ ③润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积，它与三 个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。其中固相与那一 相液体的界面张力低，固体不亲哪一相而憎另一相流体，或者说 哪 一相液体容易沿固体表面流散。 ▪ ④我们平常所说的亲油、亲水是指当两种非混相流体（如油和水） 在分子力作用下，某种液体自发地将另一种液体从固体表面驱走 的能力。也就是两种液体要比较谁相对来说铺能力强，我们就说 固体表面亲谁，或谁亲固体表面，所以说润湿相对的而不是绝对 的，一种流体只有同另一种液体相比较也许又为湿相了。如在石 英表面上当油水两相比较也许又为比较为非湿相，水为湿相；但 当油气共存时，油又为湿相了。
润湿作用PPT课件
第46页/共64页
6.5.2非离子型
1.聚氧乙烯烷基酚醚
第47页/共64页
2.聚氧乙烯脂肪仲醇醚
直链仲醇的EO加成物是目前各国应用较广泛的 一大类非离子型润湿剂和渗透剂，也是软型洗净 剂的新资源。
第48页/共64页
6.6润湿剂的应用
6.6.1超细无机粉体的水中分散研究 1.分散过程
1）润湿 在无机粉体水浆料中加入润湿剂，降低固/液
杂原子使其润湿能力增加的顺序如下：
F＜H＜Cl＜Br＜I＜O＜N。
同一原子取代越多则效果愈明显。
(2)有机物质中含有极性基团时升高。
(3)附有表面活性物质的单分子层的玻璃或金属显 示了低能表面的性质第2，3页这/共64说页 明决定固体润湿性质
6.3.2 高能表面上的自憎现象
自憎:有些有机分子在高能表面上发生吸附，形成 碳氢基朝向空气的定向排列吸附使液膜原来的高 能表面变成了低能表面，润湿临界表面张力低于 液体本身的表面张力，不能在它自身的吸附膜上 铺展。
第27页/共64页
2.浓度 ➢ 在低于表面活性剂的cmc情况下，润湿时间的对数与浓度的对数呈线性关系。浓度
提高，润湿性能好，当浓度高于cmc时，不再呈线性关系． ➢ 作为润湿剂使用的表面活性剂浓度不宜过高，一般略高于cmc即可。
第28页/共64页
3.分子结构
1）疏水基 直链烷基表面活性剂：
➢直 链 碳 原 子 数 在 8 ～ 1 2 时 表 现 出 最 佳 的 润 湿 性 能 ， ➢碳原子数为12～16时具有较好的胶体性能，仅润湿性能
6.1接触角与杨氏方程
6.1.1接触角
完全润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表 面可铺展形成一薄层。
部分润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表 面以一小液滴的形式停留于固体表面。
6.5.2非离子型
1.聚氧乙烯烷基酚醚
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2.聚氧乙烯脂肪仲醇醚
直链仲醇的EO加成物是目前各国应用较广泛的 一大类非离子型润湿剂和渗透剂，也是软型洗净 剂的新资源。
第48页/共64页
6.6润湿剂的应用
6.6.1超细无机粉体的水中分散研究 1.分散过程
1）润湿 在无机粉体水浆料中加入润湿剂，降低固/液
杂原子使其润湿能力增加的顺序如下：
F＜H＜Cl＜Br＜I＜O＜N。
同一原子取代越多则效果愈明显。
(2)有机物质中含有极性基团时升高。
(3)附有表面活性物质的单分子层的玻璃或金属显 示了低能表面的性质第2，3页这/共64说页 明决定固体润湿性质
6.3.2 高能表面上的自憎现象
自憎:有些有机分子在高能表面上发生吸附，形成 碳氢基朝向空气的定向排列吸附使液膜原来的高 能表面变成了低能表面，润湿临界表面张力低于 液体本身的表面张力，不能在它自身的吸附膜上 铺展。
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2.浓度 ➢ 在低于表面活性剂的cmc情况下，润湿时间的对数与浓度的对数呈线性关系。浓度
提高，润湿性能好，当浓度高于cmc时，不再呈线性关系． ➢ 作为润湿剂使用的表面活性剂浓度不宜过高，一般略高于cmc即可。
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3.分子结构
1）疏水基 直链烷基表面活性剂：
➢直 链 碳 原 子 数 在 8 ～ 1 2 时 表 现 出 最 佳 的 润 湿 性 能 ， ➢碳原子数为12～16时具有较好的胶体性能，仅润湿性能
6.1接触角与杨氏方程
6.1.1接触角
完全润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表 面可铺展形成一薄层。
部分润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表 面以一小液滴的形式停留于固体表面。
润湿功能课件
润湿功能课件xx年xx月xx日contents •润湿功能概述•润湿功能的基本原理•润湿功能的影响因素•润湿功能的应用实例•润湿功能的未来发展趋势与挑战•润湿功能研究展望目录01润湿功能概述润湿液体在固体表面铺展并渗透到孔隙中的过程。
润湿分类根据润湿过程中的物理化学特性，润湿可分为沾湿、浸湿和铺展三种类型。
定义与分类工业生产润湿功能在工业生产中具有重要意义，如涂装、粘合、印刷等工艺中需要控制润湿行为以提高产品质量和效率。
生物医学润湿功能在生物医学领域也有广泛应用，如药物输送、组织工程和医疗器械的设计与制造中需要利用润湿现象改善生物相容性和提高治疗效果。
润湿功能的重要性1润湿功能的应用领域23通过改变材料表面的润湿性，可以提高材料的抗腐蚀、抗沾污等性能，广泛应用于能源、环保等领域。
表面工程在微纳制造过程中，润湿现象对微纳结构的光刻胶涂覆、显影等工艺有重要影响，控制润湿行为可以提高制造精度和效率。
微纳制造在生物医学工程领域，润湿功能在药物输送系统、人工关节、牙科修复等医疗器械的设计与制造中有广泛应用。
生物医学工程02润湿功能的基本原理液体表面的分子之间的相互吸引力，是液体内部分子之间的凝聚力作用于液体表面的结果。
表面张力的大小反映了液体的湿润能力。
表面张力液体在固体表面形成接触时，液体质点在固体表面上移动，最后停在某一点，这一点称为润湿点。
从液体内部引出一虚构的切线与固体表面相切，切线与固体间的夹角称为润湿角。
润湿角越小，润湿能力越强。
润湿角表面张力与润湿角接触角在液体、固体和气体三相交界处，液体与固体表面间的夹角称为接触角。
接触角的大小反映了液体对固体的润湿程度。
润湿速度液体对固体表面润湿的快慢程度称为润湿速度。
润湿速度与液体的表面张力、粘度以及固体的表面能等性质有关。
接触角与润湿速度•能量变化：在润湿过程中，液体表面能增加，因此润湿过程是一个能量变化的过程。
这种能量变化主要来自于液体表面张力的作用以及液体分子与固体表面之间的相互作用。
表面活性剂的润湿功能幻灯片PPT
f = γlgcosθ·P
P：代表吊片的周长
在液体外表张力(及吊片周长)的情况下，应用适当测力装置 测出吊片所受之力f，即可算出接触角θ 。
cosθ = fγ0/f0γ
〔四〕透过测量法：〔粉末的θ 〕
〔1〕透过高度法 〔2〕透过速度法
测定液体对粉末的接触角。 根本原理： 固体粒子间的空隙相当于一束毛细管，毛细作用可使润湿固 体外表的液体透入粉末柱中。 由于毛细作用取决于液体的外表张力和对固体的接触角，故 测定外表张力液体在粉末柱中的透过性可以提供该液体对粉末的接 触角信息。
〔二〕长度测量法
〔1〕小滴法
测量在固体平面上小液滴的高度(h)和宽度(2r), 根据tan( /2)=h/r计算出接触角。
〔2〕大滴法〔液饼法〕
将液体加于平固体外表上，假设不铺展那么形成 一液滴。不断增加液量，液滴面积与高度皆随之增 加。至一定高度，液高到达最大值，再参加液体那 么只增加液滴直径而不再增加高度。
设平衡液滴是半径为r、体积为V的圆形液饼。 假设发生微扰，其半径扩大∆r，高度下降∆h， 那 么〔有3〕垂片法
2 r ∆r (γlg + γsl -γsg)= gV
〔三〕力测量法：
利用测定液体外表张力的吊片法装置也可以测出液体对固体 〔吊片〕的接触角。
应用吊片法测定液体外表张力时，欲得准确结果，液体必须很 好润湿吊片，即保证接触角为0。假设接触角不为0，那么在吊片正 好接触液面时液体作用于吊片的力 f 应该是：
小结：
〔1〕无论哪一种润湿都是界面现象，其过程实质都是界面性质 及界面能量的变化
〔2〕比照三者发生的条件
沾湿： Wa = γlg +γsg - γsl≥ 0 浸湿： γsg - γsl ≥ 0 铺展： S = γsg -(γlg + γsl) ≥ 0 〔3〕固气和固液界面能对体系的三种润湿作用的奉献是一致的。
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表8—4 不同烃类组分在聚四氟乙烯光面上的前进角
烃 类戊
烷己
烷辛
烷十 二 烷
(C5H12)
(C6H14)
(C8H18)
(C12H 26)
前进角
0
8
26
42
(度)
原油中烃类所含碳原子数越多，接触角就越大。
2、油藏岩石润湿性的认识
第三章(3-2)润湿性
一、储层岩石润湿性
１、润湿的基本概念：
（1）润湿：
自然界现象：将水滴在玻璃板上，水在玻璃板上迅速铺开，而如果 是水银滴在玻璃板上，水银液滴在玻璃板上呈现球滴。
空气 水
空气 水银
玻璃
玻璃
润湿：是指液体在分子力的作用下沿固体表面流散的现象。
润湿研究对象： 不混容的两相液体－固体三相体系，或液体－气体－固体
静止时，θ= 30°，岩石亲水
1
2
水驱油速度为V1时，θ= 60°，岩石亲水性减弱
水驱油速度为V2＞ V1时，θ= 75°，岩石亲水性再减弱
水驱油速度为V3＞ V2时，θ= 115°，岩石类似亲油性， 发生润湿反转
研究动润湿滞后的意义：
亲水油藏水驱油时，当水驱油的速度过大时，将 导致油藏岩石具有“亲油”的性质。实践证明，亲油 油藏水驱油的残余油饱和度比亲水油藏水驱油的残余 油饱和度大；因此，从提高原油采收率的目的出发， 注水开发的油藏，并非注水速度越大就越好。
如下图所示，油水在岩石孔隙中静止时，接触角为30°，岩石表面具有较强 的水润湿；当水驱油在岩石孔隙中流动时，接触角发生了改变，接触角随水驱油 速度的增大而变大，即滞后现象越严重，当水驱油速度的增大到某一值时，岩石 表面变为亲油性，发生了润湿反转现象。
动润湿滞后：由三相周界移动速度而引起的接触角的变化。
前进角（θ1）：水驱油（润湿相流体驱赶非润湿相流体）时的接触角； 后退角（θ2）：油驱水（非润湿相流体驱赶润湿相流体）时的接触角； 由于润湿次序的不同产生了两个不等的接触角，且在一般情况下有： θ1＞θ ＞ θ2 （θ为原始接触角） 静润湿滞后：由润湿次序不同 而引起的接触角的变化。
2、三相周界移动速度的影响
（水－空气－玻璃体系中，玻璃表面对水选择性润湿）
（水银－空气－玻璃体系中，玻璃表面对空气选择性润湿）
4、附着功W(也称粘附功驱开所
作的功。（是润湿的反过程。）
由上图知，拉开前的比表面能为σ1,3，拉开后的比表面能为σ2,3 + σ1,2 因此：W= （σ2,3 + σ1,2 ）- σ1,3 因为： σ2,3 - σ1,3 = σ1,2 cosθ 所以： W=σ1,2 （1+cosθ）
三相体系。 （2）润湿相流体与非润湿相流体：
能沿固体表面铺开的那一相称为润湿相流体，另一相称为 非润湿相流体。（气相在大多数情况下是非润湿相）
（水－空气－玻璃体系中，水为润湿相流体，空气为非润湿相流体） （水银－空气－玻璃体系中，水银为非润湿相流体，空气为润湿相流体）
（3）选择性润湿： 固体表面优先于哪一种流体润湿。
石油中天然活性物质或人工注入油层的活性剂吸附在岩石的的表面，润 湿滞后现象增强。 下图表明： 曲线1：在光滑干净的大理石表面，水滴趋于平衡的速度很快； 曲线2：在油中预浸59天的大理石表面，水滴趋于平衡的速度较慢； 曲线3：经过油酸（活性剂）预处理的大理石表面，水滴趋于平衡的速度更慢；
三、油藏岩石的润湿性
研究岩石润湿反转的意义：
岩石润湿反转的特性，已被油田得到了广泛的合理应 用。表面活性剂驱油是合理应用润湿反转特性的一个实例。 从地面向油层注入一定量的表面活性剂溶液，通过表面活 性剂在油层岩石颗粒表面的吸附，使亲油岩石颗粒表面向 亲水转换，有利于“剥落”岩石颗粒表面的“油膜”，从 而达到提高原油采收率的目的。
1、储层岩石的润湿性影响因素
（1）岩石的矿物组成 （2）油藏流体组成的影响
原油的组成非常复杂，按对润湿性的影响其物质可分为三类，（1）非极性 的烃类（主要组成），（2）含有极性的氧、硫、氮的化合物，（3）原油中 的极性物质或称活性物质。 图8—29表示对同样石英矿物表面，当原油的组成不同时，润湿接触角也不同。 当油相为异辛烷时，水能润湿石英表面；当油相为异奎啉时，水却不能润湿 石英表面；当油相为环烷酸时，其接触角为35°，水能润湿其表面。 （3）表面活性物质的影响 （4）岩石孔隙表面的非均质及粗糙度的影响
润湿滞后的影响因素包括：
倾斜一个角度α
1、润湿次序（三相周界的移动方向）的影响
润湿次序的含义：固体（岩石）表面一开始是和油接触，后来水把油驱 赶走代之以水和固体（岩石）表面接触，或者是反之的情况。
三相周界的移动方向的含义： A点移动方向是水驱油的方向，即水将占据油原来的部分空间； B点移动方向是油驱水的方向，即油将占据水原来的部分空间；
由上式看出，θ角越小，附着功W越大，即湿相流体（水）对岩石的润湿程度越 强； 因此，研究附着功的意义是：用附着功判断岩石润湿性。
5、润湿反转现象
润湿反转：在一定条件下，加入表面活性剂（或其它的特殊处理方法）， 使岩石表面的亲水性和亲油性相互转化的现象。
表面活性物质自发地吸附在两相界面上并使界面张力减小，因此，表 面 活性物质吸附于岩石表面，将可能导致： （1）亲水性的岩石表面的亲水性变弱甚至变成亲油性表面； （2）亲油性的岩石表面的亲油性变弱甚至变成亲水性表面。
3、固体表面粗糙度的影响 岩石颗粒表面粗糙程度增加，三相周界移动更加迟缓，
润湿滞后现象更为显著。
固体的棱角和尖锐凸起对润湿滞后有很大的影响。尖 锐对对三相周界的移动阻力很大，如下图所示，此时接触角 应该加上“形角τ”，才能反映滞后现象， “形角τ” 越大， 滞后也越显著。
4、表面活性物质吸附的影响
二、 润湿滞后现象及其影响因素
润湿滞后是在流体流动过程中出现的一种润湿现象。如图下所示，将原来水平放 置的亲水固体（岩石）表面倾斜一个角度α，可以发现，油-水-固（岩石）三相周界 不能立即向前移动，而是油-水两相界面发生变形，使得原始的接触角发生改变，然 后，三相周界才向前移动。
润湿滞后：指三相润湿周界沿固体表面移动的迟缓而产生润湿接 触角改变的现象。