Введение к работе
Актуальность темы. Термодинамическая и кинетическая теории скачивания разработаны в основном применительно к системам твердое тело/жидкость/газ. В значительно меньшей степени это относится к условиям избирательного смачивания. Именно в системах твердое тело/жидкость/жидкость наиболее ярко проявляется гистерезис краевых углов смачивания, под которым понимается способность жидкости иметь при контакте с твердым телом несколько устойчивых (метастабильных) статических краевых углов, отличных от термодинамически равновесного значения. Весьма удобным для изучения статики избирательного смачивания является метод капиллярного поднятия, даюаий широкие возможности варьирования различных физико-химических параметров, влияющих на установление равновесного состояния системы. Однако, таїше исследования практически отсутствуют. Остаются недостаточно изученными причины гистерезиса краевых углов избирательного смачивания, а также динамика межфазного мениска жидкость/жидкость при капиллярном вытеснении. В связи с этим изучение статических и кинетических закономерностей избирательного смачивания в капиллярах и влияния на этот процесс различных физико-химических факторов представляет собой актуальную проблему коллоидной химии.
Цель работы. Изучить гистерезис краевых углов избирательного смачивания в капиллярах; выявить закономерности установления равновесия при капиллярном поднятии двух несмешивающих-ся жидкостей и определить факторы, влияющие на этот процесс.
Научная новизна. Впервые методом капиллярного поднятия изучен гистерезис краевых углов избирательного смачивания в системах предельные углеводороды/вода и показано, что в гидрофильных капиллярах для одной и той же системы он может превышать 80. Установлено, что краевые углы зависят как от параметров, входяїцих в классическое уравнение Жюрена, так и от ряда других физико-химических факторов.
На основании представлений о силах, действующих на периметре смачивания, и релаксационной модели растекания разработан подход к объяснению полученных закономерностей. Предложен способ сопоставления результатов статических и кинетических исследований капиллярного вытеснения в условиях избирательного смачивания и показано, что важнейшими характеристиками
этого процесса являются сила сопротивления перемещению линии трехфазного контакта и соотношение вязкостей вытесняемой и вытесняющей жидкостей.
Практическая значимость работы. Изучение избирательного смачивания имеет важное прикладное значение для проблем пропитки, моющего действия, а также ряда других, ло в первую очередь оно необходимо для повышения нефтеотдачи пластов. В сложных природных и технологических системах при повышенной температуре, дополнительном давлении, наличии в жидкостях разнообразных примесей и поверхностно-активных веществ гистерезисные явления на границах раздела фаз оказывают сильное влияние на капиллярную пропитку порового пространства, закупорку пор, поведение пузырьков газа в среде вытесняемой или вытесняющей жидкостей, скорость и эффективность вытеснения и т.д. Непосредственно изучить эти явления в естественных условиях весьма затруднительно или невозможно. Поэтому исследование статических и кинетических закономерностей избирательного смачивания на простых моделях, какими служат капилляры, выявление физико-химических факторов, влияющих на этот процесс и определяющих гистерезис краевых углов, необходимо для понимания механизма избирательного смачивания и разработки эффективных методов управления им при нефтевытеснении, капиллярной пропитке и т.д*-
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на УІ Всесоюзной конференции по ПАВ и сырью для их производства (Волгодонск, 1984г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития работ в области создания и опытно-промышленных испытаний композиций ПАВ для повышения нефтеотдачи пластов" (Казань, 1986г.), на У Международной конференции по коллоидной химии (ВНР, Балатонфюред, 1988г.), на УІІ Всесоюзной коррекции Поверхностно-активные вещества и сырье для их производства" (Шебекино, 1988г.), II Всесоюзном совещании по приборостроению в области коллоидной химии и физико-химической механики (Яремча, 1990г.).
Публикации. Основное содержание работы изложено в восьми публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора (глава I), экспериментальной части (главы 2-5), выводов и списка цитированной литературы (/^ссылки), содержит 34страницу машинописного текста, 35~ рисунков, Y2 таблиц и 2. приложения.