微乳液、納米乳液的制備及應(yīng)用性能研究.pdf

1、納米乳液是液滴粒徑在50-500 nm的透明、半透明乳液體系，在藥物、化妝品、農(nóng)業(yè)及石油開采等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用價值。但是納米乳液只是一種動力學(xué)穩(wěn)定體系，有長期放置不穩(wěn)定的問題。目前最常見的提高納米乳液穩(wěn)定性的方法是在納米乳液中加入長碳鏈的油相，以降低納米乳液液滴在水中的溶解度。盡管如此，仍有很多問題需要進一步解決:
　　(1)一般長碳鏈油相體系的界面張力較高，難以乳化，目前最常用的乳化方法是高能乳化法。但是高能乳化法的能量利用

2、率很低，甚至不到1％，耗能高，設(shè)備昂貴，導(dǎo)致納米乳液的制備成本很高，因此通過能量利用率很高的低能乳化法制備長碳鏈納米乳液是納米乳液發(fā)展的重要方向。
　　(2)微乳液稀釋法制備納米乳液是一種非常優(yōu)異的低能乳化方法，其制備方法簡單、非常容易擴大生產(chǎn)，同時還可以利用微乳液的熱力學(xué)穩(wěn)定性來克服納米乳液的放置不穩(wěn)定問題，但是，目前微乳液稀釋法備的納米乳液的內(nèi)相含量很低（不超過10 wt％），只適用于醫(yī)藥領(lǐng)域。不僅如此，微乳液稀釋法的機理研究

3、不如其他低能乳化法深入，需要更多的新的表征方法對其機理進行研究。
　　(3)目前，納米乳液在鉆井液中已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用效果。納米乳液只是一種動力學(xué)穩(wěn)定體系，在地表溫度極低的俄羅斯或者海上，由于溫度過低，納米乳液的穩(wěn)定性很差，放置一段時間后就會發(fā)生分層，導(dǎo)致失去原有的優(yōu)良性能，無法繼續(xù)使用。
　　基于以上背景，本文首先研究了利用W/O微乳液稀釋法制備長碳鏈油相液體石蠟納米乳液，探討了乳化溫度、稀釋水量及助表面活性劑等因素對制

4、備的長碳鏈油相納米乳液粒徑的影響。在此基礎(chǔ)上，進一步利用W/O微乳液稀釋法制備了內(nèi)相含量高達50 wt％的生物柴油納米乳液。同時通過低溫透射電子顯微鏡，小角X射線散射儀等手段探究了W/O微乳稀釋法制備納米乳液的機理。雖然我們利用W/O微乳液稀釋法提供了一種克服納米乳液不穩(wěn)定性的方法。但是在低溫時，W/O微乳液依然會發(fā)生凝固，無法流動，因此在第四章中，本文研究利用相轉(zhuǎn)變組分法制備了耐低溫-30℃的納米乳液，并詳細研究了其在水基鉆井液中的應(yīng)

5、用性能及原理，進一步解決了納米乳液在低溫下不穩(wěn)定性的問題。最后，在前面對微乳液及納米乳液的理論研究的基礎(chǔ)上，針對油基鉆井液會沉積在井壁和套管上從而嚴重影響鉆完井質(zhì)量的問題，我們利用表面活性劑水溶液遇油會自發(fā)形成微乳液的特點，實現(xiàn)了油基鉆井液的清洗，并明確了清洗機理，有非常重要的應(yīng)用價值。
　　本文主要包括以下幾部分內(nèi)容:
　　1.W/O微乳液稀釋法制備液體石蠟納米乳液
　　最常見的提高納米乳液穩(wěn)定性的方法是在納米乳液中

6、加入長碳鏈的油相，以降低納米乳液液滴在水中的溶解度。然而長碳鏈油相體系的界面張力較高，一般難以利用微乳液稀釋法進行乳化。在本章中，我們利用W/O微乳液稀釋法制備了長碳鏈油相液體石蠟納米乳液。隨著乳化溫度從40℃升高到60℃，乳液的粒徑從1.2μm降到61 nm。同時稀釋水量的增大也會導(dǎo)致最終形成的納米乳液的粒徑增大。這主要是由于稀釋W(xué)/O微乳液時，納米乳液是由異相成核誘導(dǎo)形成的。通過向W/O微乳液中添加聚醚胺D230或者十六烷基三甲基溴

7、化銨CTAB可以調(diào)控納米乳液的帶電性質(zhì)，甚至使得納米乳液的帶電性質(zhì)由負電轉(zhuǎn)變?yōu)檎?。更重要的是，我們可以利用W/O微乳液的熱力學(xué)穩(wěn)定性，來解決納米乳液的放置不穩(wěn)定性問題。本章中的石蠟納米乳液在水基鉆井液中有優(yōu)良的潤滑封堵效果，有非常重要的應(yīng)用價值。
　　2.W/O微乳液稀釋法制備高濃度的生物柴油納米乳液
　　通常，微乳液稀釋法制備的納米乳液的內(nèi)相含量都不超過10 wt％，本章中，我們成功地利用W/O微乳液稀釋法制備了內(nèi)相含量

8、高達50 wt％的生物柴油納米乳液。并利用低溫透射電子顯微鏡和小角X射線散射等手段研究了W/O微乳液稀釋法制備納米乳液的機理。高溫稀釋時，由于表面活性劑的遷移和反轉(zhuǎn)，納米粒徑的小液滴會自發(fā)形成。但是這些液滴在高溫下并不穩(wěn)定。因此，通過降低乳液的溫度來提高液滴界面膜的穩(wěn)定性以及降低液滴之間的碰撞頻率。本章中的生物柴油納米乳液是一種綠色的乳液體系，環(huán)保無毒，易降解，可以用作一種新型的綠色潤滑劑。
　　3.耐低溫納米乳液的制備與應(yīng)用

9、r>　　前兩章我們利用微乳液稀釋法有效地解決了納米乳液的儲存及放置不穩(wěn)定性問題。但是，在低溫（＜-20℃）時，W/O微乳液依然會發(fā)生凝固，無法流動，雖然可以通過加熱將其重新融化再進行應(yīng)用，但在實際生產(chǎn)應(yīng)用會造成很大困擾。因此，在本章中我們以丙三醇的水溶液為連續(xù)相，利用相轉(zhuǎn)變組分法制備了在低溫-30℃依然有良好的流動性的固體石蠟、液體石蠟混合油相的納米乳液，并詳細研究了表面活性劑的復(fù)配比、含量和納米乳液內(nèi)相含量對耐低溫納米乳液粒徑及穩(wěn)定性

10、的影響。理論計算證明耐低溫納米乳液能夠有效地降低濾失速率，形成內(nèi)泥餅，起到良好的封堵作用，防止壓差卡鉆。表明耐低溫納米乳液在水基鉆井液中具有潛在的應(yīng)用價值。
　　4.表面活性劑水溶液在油基鉆井液清洗中的應(yīng)用
　　油基鉆井液連續(xù)相是油，能夠避免油層的水敏作用，因此對于儲層水敏程度較高的井段，往往采用油基鉆井液鉆井，防止油氣層損害。但是油基鉆井液會沉積在在套管和井壁上，嚴重影響鉆完井質(zhì)量。在本章中，我們利用微乳液能夠自發(fā)形成的特

11、點，以綠色表面活性劑烷基糖苷APG和十二烷基聚氧乙烯醚復(fù)配表面活性劑的水溶液作為油基鉆井液清洗液，實現(xiàn)了油基鉆井液的清洗。當表面活性劑水溶液遇到油基鉆井液的油相液體石蠟后，能夠自發(fā)形成O/W微乳液，有效地清洗油基鉆井液。表面活性劑水溶液對油基鉆井液的清洗主要分為兩個過程:(1)由于表面活性劑水溶液界面張力很低，與井壁上的油基鉆井液油滴接觸后，會自發(fā)地將井壁上的油滴進行乳化，形成微乳液，有效地將粘附在井壁上的油基鉆井液完全分散在微乳液中。