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第 5 期 张 越,等: 哑铃状含氟聚合物在柴油乳液中破乳及机理 ·1003·
与平衡界面张力类似的变化规律。其中,FMCDSs-2000、 界面膜的 ε i 略有升高,ε r 却明显增大,且具有最好
FMCDSs-8000 的动态界面张力与空白体系接近,说 破乳性能的 FMCDSs-4000 显示出最大的 ε r 。同时,
明 FMCDSs-2000、FMCDSs-8000 在界面的吸附没有 ε r 随着 FMCDSs 的 HLB 值的增大先增大后降低,在
使界面张力产生明显变化,而 FMCDSs- 4000、JL-29、 适当 HLB 值处 ε r 值最大。说明 FMCDSs 在界面进
PBG-4000 在界面的吸附导致界面张力明显降低。 行了有效吸附,并形成相互作用更强的界面膜。而
结合 FMCDSs 与聚醚类破乳剂的平衡界面张 加入 JL-29 和 PBG-4000 后,黏弹性质变化不大,说
力、动态界面张力、破乳性能数据,可以发现:聚 明 JL-29 和 PBG-4000 并未在界面上形成相互作用更
醚类破乳剂 JL-29 和 PBG-4000 显示出比 FMCDSs 强的界面膜。
更低的界面张力,但破乳性能却低于 FMCDSs。作者 一般来说,增加界面膜弹性不利于破乳,然而
推测:一方面,FMCDSs 中的超支化含氟部分吸附 FMCDSs 却显示了相反的规律。作者认为这一现象
在油水界面,“顶替”原有界面活性物质,利用有机 与 FMCDSs 的哑铃状结构有关:一方面,哑铃结构
氟基团的疏溶剂性质加速液滴之间的聚并,进而产 两端的含氟超支化部分具有较强的吸附能力,可以
生比碳氢类破乳剂更佳的破乳性能 [17,21] ;另一方面, “顶替”原来表面活性物质,并利用含氟基团的疏
FMCDSs 的 PEG 链段结构也参与了界面膜的重构, 水疏油作用破坏界面膜结构,降低界面膜强度,进
影响了界面张力下降的趋势。PEG 链段和含氟超支 而实现破乳;另一方面,随着含氟部分在界面的吸
化部分的共同作用,导致了 FMCDSs 在没有明显改 附,哑铃状结构中间的 PEG 链段也参与到界面膜的
变界面张力的情况下,产生了较好的破乳性能。 重构,由此增加了界面膜强度,不利于破乳。但
2.4 界面黏弹性与破乳性能的关系 FMCDSs 整体的 ε r 值较低(7.3~9.0 mN/m),并未明
作者研究了界面膜的扩张黏弹性随时间的变化 显高于 PBG-4000(4.5~7.5 mN/m) 和空白体系
情况。图 5 为添加质量浓度 300 mg/L 的聚合物 (5.1~7.1 mN/m),且 PBG-4000 和空白体系的 ε r 值
FMCDSs、聚醚类破乳剂 JL-29 以及哑铃状聚合物 PBG- 接近,说明 PEG 部分对界面膜的增强并未对破乳性
4000 后,柴油/水界面的扩张弹性模量(ε r )和黏性 能产生显著影响。此外,对比 FMCDSs 和 PBG-4000
模量(ε i )随时间的变化曲线。 的破乳性能可以发现,含氟链段是 FMCDSs 产生较
好破乳性能的主要原因。
3 结论
(1)哑铃状含氟嵌段聚合物 FMCDSs 可以有效
地缩短柴油乳液的破乳时间。随着 FMCDSs 中 PEG
链长的增加,达到最大分油率所需的破乳时间呈现
先缩短后增长的趋势。其中,FMCDSs-4000 在质量
浓度为 300 mg/L、破乳温度 30 ℃的条件下,表现
出最佳破乳性能,破乳时间为 30 min,分油率为
95%。
(2)具有中等 HLB 值的 FMCDSs-4000 显示了
最佳的破乳性能。
(3)哑铃状含氟嵌段聚合物 FMCDSs 的含氟部
分是产生破乳的主要影响因素。
(4)本工作主要研究了不同 PEG 链段的含氟聚
合物对柴油乳液的破乳性能,由于聚合物支化结构
将显著影响界面膜黏弹性,因此,下一步将开展不
同支化程度的哑铃状含氟聚合物破乳性能的研究,
进一步了解获哑铃状含氟聚合物分子结构与破乳性
图 5 柴油/水界面处扩张模量随时间的变化曲线
Fig. 5 Variation of interfacial dilational modulus of the 能之间的关系。
polymers with time
参考文献:
在空白体系中,柴油/水界面的 ε r 明显大于 ε i , [1] Ni Weidong (倪卫东), Yu Qi (于祁), Wang Wei (王伟), et al. Discussion
表明界面膜主要表现弹性性质。加入 FMCDSs 后, on anti-emulsification measures and effect of straight-run diesel