羧甲基纤维素纳对阴离子乳化沥青稳定性的影响机理研究.pdf

2014年4月
石油沥青 PETROLEUM ASPHALT
第28卷第2期
羧甲基纤维素纳对阴离子乳化沥青稳定性的
影响机理研究
杨东科,虽志超2
(1.胜利油田石油开发中心有限公司,东营257000;2.中海油(青岛)重质油加工工程技术研究中心
有限公司,青岛26500)
摘要:选用四种不同的沥青和碱酸盐型阴离子乳化剂,分别以界面张力表征乳化的难易
程度,以储存稳定性和平均粒径表征乳化沥青的稳定性,通过对比考察乳化剂和羧甲基纤维
納对乳化沥青稳定性的形响机理可知:羧甲基纤维納对沥青与水的界面张力和平均粒径没有
彩响,却能够明显改善乳化沥青的储存稳定性,羧甲基纤维納对乳化沥青稳定性的政善主要
是由增稠作用引起的。
关键词:乳化沥青乳化剂助剂界面张力储存稳定性
乳化沥青是将沥青加热熔融,经过机械的剪面张力表征乳化的难易程度,以储存稳定性和平
切研磨作用,沥青以细小的微滴状态分散于含有均粒径表征乳化沥青的稳定性,通过对比考察羧
乳化剂的水溶液中,形成的水包油状沥青乳液。甲基纤维纳和乳化剂对界面张力和稳定性的影响
其中,乳液稳定性是乳化沥青最重要的性能指规律,探讨了羧甲基纤维纳对乳化沥青稳定性的
标,其对于乳化沥青的长期储存、远距离运输、影响机理。
破乳速度和固化时间等具有重要的影响。
1试验部分
有时单纯使用乳化剂无法满足乳化沥青的性1.1试验原材料与设备
能要求。为了提高沥青材料的乳化性能,增加乳
沥青选用国内比较典型的四种AH-70沥
化沥青的储存稳定性,改善乳化沥青的使用性青;乳化剂SE为磺酸盐型表面活性剂、助剂羧
能,除沥青乳化剂外,还需要加入一定量的助剂甲基纤维素纳(CMC-Na)为分析纯;pH调节
材料。助剂的质量和性能在很大程度上制约着乳剂选用化学纯的盐酸和氢氧化钠;生产乳化沥青
化沥青性能。助剂材料与沥青乳化剂有协同作的设备为美国 DALWORTH道维施型试验室改性
用,对乳化沥青的性能有改善作用,不同的助剂沥青/乳化沥青组产设备;采用TX500C全量程
材料对乳化沥青性能的影响各不相同,应根据具界面张力测量仪(北京盛维基业科技有限公司)
体使用要求而定。一般来说,对于阴离子乳化沥测试油水界面张力;粒度分布和乳化沥青储存稳
青适用的助剂主要为有机类增稠剂,如羧甲基纤定性分别采用珠海欧美克公司生产的IS-POP
维素、羟乙基纤维素、聚氧乙烯醚、聚丙烯酰(6)型激光粒度仪和上海昌吉生产的SYD
胺、聚乙烯醇等。其中,羧甲基纤维素纳最大的0655型乳化沥青储存稳定性试验仪进行测
特征是增稠效果显著,且与阴离子乳化沥青的配定。
伍性较好,能够有效减缓沥青在储存过程中沥青
微滴的沉降速率,改善乳化沥青的储存稳定性,
收稿日期:2014-01-17。
在乳化沥青中的应用最为广泛3。为了验证羧
作者简介:杨东科(1986-),男(汉族),山东阳谷县
人,本科,主要从事重质原油开采及沥青、乳化沥青等的
甲基纤维素钠的作用机理,本研究采用分别以界
研究开发工作。
石油沥青
2014年第28卷
1.2试验方法
油基团分布在油相中,二者在油水界面的吸附量
1.2.1界面张力的测试
较少,降低油水界面张力的能力较弱,随着乳化
配置沥青甲苯模拟油,改变皂液的配比和剂浓度的增加,乳化剂在油水界面上的吸附量增
pH值等,用TX-500型全量程界面张力仪在50加,界面张力急剧下降,当乳化剂浓度增加到一
℃恒温条件下用旋转滴法测定皂液与沥青甲苯模定程度后,乳化剂在界面层中达到吸附平衡,乳
拟油的界面张力。
化剂分子开始形成胶团,乳化体系中增加的乳化
1.2.2乳化沥青制备
剂分子主要以胶团形式存在,单体乳化剂的浓度
按照一定配比配制皂液,调节到适当的pH几乎不再增加,所以界面张力值趋于稳定的。
值,并加热到一定的温度,然后将皂液和加热熔对于四种沥青来说,无论使用哪种乳化剂,在相
融的沥青一起经过胶体磨,得乳化沥青。
同的条件下,特别是在乳化剂浓度较低时,四种
1.2.3粒径测定
沥青界面张力的大小顺序基本一致。
乳化沥青的粒度用激光粒度仪测定,乳液稀
但是,由图2可知,随着助剂CMC-Na用
释后置于测量池中,同时用超声分散使溶液均质量的增加,四种沥青的油水界面张力变化不大。
化,每个样平行测量三次。
说明,CMC-Na没有界面活性,也不能够与乳
1.2.4乳化沥青储存稳定性测定
化剂相互作用降低油水界面张力,因此,CMC
将乳化沥青注入250mL的乳化沥青储存稳Na稳定乳化沥青的机理并不是因为其降低了界
定性试验仪中,储存一定的时间,分别从上部和面张力。
下部取样测其蒸发残留物含量。以上部和下部所
得蒸发残留物含量的差值表示乳化沥青的储存稳
定性,差值越小稳定性越好,否则越差。
4.0
2结果与讨论
2.1乳化剂和助剂对界面张力的影响
在乳化沥青体系中,降低油水之间的界面张
力是形成稳定的沥青乳状液的基础,因为沥青以
自的
2.0
细小的微滴分散到水中,必然会导致界面面积的
增加、界面能的增大,从而使沥青乳液的不稳定
乳化剂SE用量,%
因素增加。为了增加沥青乳液的稳定性,要尽可
能的减小油水界面张力,使体系的吉布斯自由能
图1乳化剂SE用量对油水界面张力的影响
下降。界面张力的大小反映了沥青与乳化剂
相互作用降低界面张力的能力、乳化剂在油水界
面上的吸附量及吸附速度以及沥青自身活性的大
2.2
小。为此,考虑了乳化剂SE用量和助剂CMC
Na用量对界面张力的影响,结果分别见图1和
A2
图2。其中,在考察乳化剂用量对界面张力影响
时,助剂用量为零,pH值为11;在考察助剂用
1
量对界面张力影响时,乳化剂用量为4.0%,pH
值为11(下同)。
0,1
0.2
0.3
0.4
由图1可知,四种乳化沥青体系的界面张力
助剂CMC-Na用量
均随乳化剂用量的增大急剧下降,在浓度达到
图2CMC-Na用量对油水界面张力的影响
定值后(ER4.0%),再继续增加乳化剂的浓度,
界面张力值趋于稳定。分析其原因,当皂液中乳2.2乳化剂和助剂对平均粒径的影响
化剂的浓度较低时,亲水基团分布在水相中,亲
平均粒径大小可以直观反映沥青的乳化效