[發明專利]一種定量表征聚合物分子在油-水界面吸附性能的方法

有效

• 申請號: 202210274543.7
• 申請日: 2022-03-19
• 公開（公告）號: CN114627975B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王志華;洪家駿;鐘會影;史博文;劉文波;鄭博文
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G01N33/00;E21B43/22
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

1.一種定量表征聚合物分子在油-水界面吸附性能的方法，其特征在于包括以下步驟：

(一)構建吸附作用下聚合物分子鏈形變等效隨機概率模型：任一油水體系中聚合物分子鏈發生吸附形變的等效隨機概率模型：

式中：r為三維空間維度下等效隨機聚合物分子鏈兩端距離，nm；ψ為鍵長縮短因數；n_m為實際聚合物分子鏈的化學鍵鍵數；l_m為實際聚合物分子鏈的平均化學鍵鍵長；

(二)油水體系中聚合物分子鏈熵變的定量描述：

油水體系中聚合物分子鏈總熵變的具體形式：

式中，N為油水體系中聚合物分子鏈的總數；k為玻爾茲曼常量，J/K；

n_r為等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵總數；l_r為等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵鍵長；n_rx為吸附作用下等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵總數；l_rx為吸附作用下等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵鍵長；

(三)油水體系中聚合物分子鏈熵變與體積功的關聯：吸附過程中聚合物分子鏈受到體積功的平均水平為：

式中：T為聚合物分子鏈在油-水界面上吸附過程的平均溫度；

(四)建立油水體系中聚合物分子鏈鍵長縮短因數模型：

通過替換降階后，利用卡丹公式法求解得到3個根，取其中實根作為鍵長縮短因數ψ的平均水平，且當體積功ΔW≤0時，應滿足ψ≥1；σ₁為引入聚合物前油水體系界面張力，N/m；σ₂為引入聚合物后油水體系界面張力，N/m；V為油水體系總體積，m³；d為油水體系中乳狀液滴的平均粒徑，m；

(五)考慮能量守恒原則下聚合物分子鏈的等效吸附力定量描述，實現定量化對油水體系中聚合物分子鏈發生吸附形變的微尺度描述：

油水體系中聚合物分子鏈受到的等效吸附力的平均水平：

2.根據權利要求1所述的定量表征聚合物分子在油-水界面吸附性能的方法，其特征在于：吸附作用下聚合物分子鏈形變等效隨機概率模型的構建方法：根據高斯分布的概率模型推導出等效隨機聚合物分子鏈的一維形變概率密度理論模型表達為：

式中，n為等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵鍵數，l為等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵鍵長，nm；x為一維維度上等效隨機聚合物分子鏈兩端距離，nm；

假設等效隨機聚合物分子鏈在三維空間無任何約束，即形變在三個維度方向發生的概率相等且互相獨立，則在球坐標系中積分得到等效隨機聚合物分子鏈的形變概率描述：

式中，r＝x²+y²+z²，r為三維空間維度下等效隨機聚合物分子鏈兩端距離，nm；

將等效隨機聚合物分子鏈與實際聚合物分子鏈的結構性質相關聯，得到以聚合物分子鏈的均方長度和完全拓展長度守恒的等效隨機鏈表達式：

式中，n_m為實際聚合物分子鏈的化學鍵鍵數；l_m為實際聚合物分子鏈的平均化學鍵鍵長；n_r為等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵總數；l_r為等效隨機聚合物分子鏈的化學鍵鍵長；

由于等效隨機鏈表達式是在聚合物溶脹體系中確定的，理論上均方長度和完全拓展長度為實際聚合物分子鏈發生溶脹、溶解時的統計性質，在油水體系中，聚合物分子鏈大部分已發生蜷曲等形變吸附于油-水界面，將此部分形變平均分配至分子鏈各個化學鍵內，引入鍵長縮短因數ψ，以反映聚合物分子鏈形變的平均水平，則吸附作用下等效隨機鏈表達式為：

n_rx為吸附作用下的n,l_rx為吸附作用下的l，將式(4)回代式(2)，得到任一油水體系中聚合物分子鏈發生吸附形變的等效隨機概率模型：

完成吸附作用下聚合物分子鏈形變等效隨機概率模型的構建。