一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法技术

本发明专利技术提供一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法。其采用原子力显微镜，于原子力显微镜的微悬臂探针上黏附一个油滴，基底上覆盖超疏油表面，油滴与超疏油表面处于上下正对位置；超疏油表面位于盐溶液的连续相环境中，油滴向超疏油表面发生正对碰撞，待二者间作用力达到最大碰撞力度时回撤油滴，获得的引力最大值；依次采取不同盐离子浓度的盐溶液连续相驱替前一连续相，获取不同盐离子浓度的连续相下的油滴作用力曲线，实现水下超疏油表面疏油特性的表征。本发明专利技术能够实现测量出同一油滴对不同盐离子浓度中的超疏油表面的超低黏附力来评价超疏油表面的疏油能力。

A method for characterizing the oil release characteristics of underwater super oil release surface based on Micro Adhesion

【技术实现步骤摘要】
一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法
本专利技术属于超疏油表面性质研究的石油化工
，具体涉及一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法。
技术介绍
超疏油表面在人们的日常生活和工业生产中具有重要的使用价值和广泛的应用前景。例如：超疏油纺织物可以制作家具、桌布、拒油防护服。超疏油表面在微型水上设备的应用，可以使其在油污污染的水域具有超强的负载能力，此外在油水分离领域，超疏油表面也有着重要的应用。超疏油表面可以降低油污在其表面的黏附，提高金属材料的防腐蚀性、减阻性、抗氧化性、耐污浊性等。我国陆上油田、海上油田所产出的原油中含蜡原油占比80％以上。含蜡原油是一种由烃类和非烃类组成的复杂混合物体系，其成分包括石蜡、胶质、沥青质和溶解气等。在工程实际中，这种油品对一般的固体表面都有很强的粘附性，这容易增加腐蚀及堵管风险，超疏油表面用于石油工业设备、管道的内壁可以降低管道与油品间的摩擦阻力，降低堵管风险，提高管道的抗腐蚀能力和使用寿命。因此在复杂环境中使表面保持超疏油特性是有重要意义的。制备这类超疏油表面的关键在于在表面形成稳定的表面结构，使油滴与表面的粘附作用减弱，用水或者盐水就能清洗油污。一般来说聚电解质在固体表面吸附后对固体表面亲疏水性有重要影响。现有的超疏油表面的疏油能力多使用接触角进行评价，更多关注其宏观物理现象。在对超疏油表面(接触角大于150度)进行评价时，存在精度不够的问题，对其微观作用形式的研究也尚不深入。因此，提出在微纳尺度对超疏油表面的评价方法是具有重要意义的。<br>
技术实现思路
基于现有技术评价超疏油表面的疏油能力方法存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种超疏油表面微观黏附行为的表征方法。该方法可以精确测量微米尺度油滴在超疏油表面上的超低黏附力，通过黏附力的大小判断疏油表面和油滴间的黏附程度，进而能够对超疏油表面在不同溶液中的疏油能力和同一超疏油表面在不同环境下的疏油能力进行表征评价。本专利技术的目的通过以下技术手段得以实现：本专利技术提供一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法，其包括以下步骤：采用原子力显微镜，于原子力显微镜的微悬臂探针上黏附一个油滴，于原子力显微镜的基底上覆盖有超疏油表面，所述油滴与所述超疏油表面处于上下正对位置；所述超疏油表面位于第一连续相环境中，所述第一连续相为盐溶液；设置原子力显微镜碰撞速度、最大碰撞力度，使油滴向超疏油表面发生正对碰撞，待二者间作用力达到最大碰撞力度时回撤油滴，回撤过程中获得的引力最大值即为油滴与超疏油表面之间的黏附力；依次采取不同盐离子浓度的盐溶液连续相驱替前一连续相，排挤出前一连续相，实现连续相的改变替换，在相同的碰撞条件下，测量油滴与超疏油表面之间的黏附力；获取不同盐离子浓度的连续相下的油滴作用力曲线，实现水下超疏油表面疏油特性的表征。传统的超疏油表面评价方法主要通过测量接触角来表征超疏油表面与油滴的宏观现象，一般需要接触角大于150度时进行评价，然而存在精度不够的问题，而且难以适用微观作用形式下的表征，尤其针对微纳米尺度的油滴，无法精确测量其在超疏油表面上的超低黏附力。基于此，本专利技术人创造性的提出了一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法，该方法利用原子力显微镜和油滴探针修饰技术，通过测量微纳尺度的油滴和超疏油表面的黏附程度，黏附力越小，疏油程度越好，进而获得油滴对不同盐离子浓度中的超疏油表面的超低黏附力(100nN以下)来评价超疏油表面的疏油能力。本专利技术中，超疏油表面是指在油/水/固三相体系中，对油的接触角大于150°的固体表面。本专利技术中利用原子力显微镜的微悬臂探针驱动油滴和超疏油表面进行碰撞，在二者之间作用力达到设定的最大力后回撤，回撤过程中由于油滴和超疏油表面之间的微黏附会出现一个引力。回撤过程中出现的引力的最大值即为油滴和超疏油表面之间的黏附力。油滴在超疏油表面的粘附力极小，在纳牛级别，故称为超低粘附力。此粘附力越小，表面的疏油能力越强。本专利技术中所述的超低粘附力，是指在油滴已经和超疏油表面的壁面发生黏附之后，将油滴和超疏油表面分离所需的最小作用力，其大小在100nN以下。上述的方法中，优选地，于原子力显微镜的微悬臂探针上黏附一个油滴的方法包括：利用注射器在原子力显微镜的基底上喷洒雾化的油滴，利用原子力显微镜的微悬臂探针黏附其中一个油滴并排除掉其他油滴；其中，原子力显微镜的微悬臂探针的亲油性大于基底。上述的方法中，用于黏附液滴的探针需要具有一定的亲油性，由于微悬臂探针的亲油性大于基底，微悬臂探针和油滴的黏附力大于基底和油滴的粘附力；通过微悬臂探针接触基底的油滴，再将微悬臂探针向远离基底的方向运动，油滴转而黏附在微悬臂探针上，从基底上脱离，从而可以将油滴从基底转移到微悬臂探针上。通过原子力显微镜的设置实现微悬臂探针上的油滴和基底上的超疏油表面处于上下正对位置。上述的方法中，优选地，所述盐溶液包括氯化钠溶液和/或氯化钾溶液，但不限于此。本专利技术中的超疏油表面优选采用聚电解质多层膜，该聚电解质多层膜至少包括一层阴离子聚电解质和一层阳离子聚电解质；阴离子聚电解质带正电，阳离子聚电解质带负电，二者相互吸引形成稳定超疏油表面。上述的方法中，优选地，所述聚电解质多层膜为三层膜结构，包括两层聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)膜和一层聚丙乙烯磺酸钠(PSS)膜，所述聚丙乙烯磺酸钠膜夹于两层聚二甲基二烯丙基氯化铵膜中间形成稳定的聚电解质多层膜。本专利技术的聚电解质多层膜采取的是叠层自组装技术制备获得，为本领域常规技术(可参见CN103030305A公开的方法)。上述的方法中，在基底上先吸附一层PDDA再吸附一层PSS即在表面形成一层聚电解质膜，称之为(PDDA/PSS)1.0PEMs；在这个基础上，再吸附一层PDDA从而获得聚电解质多层膜，称之为(PDDA/PSS)1.5PEMs，该聚电解质多层膜具备超疏油性能。上述的方法中，优选地，所述油滴包括正十四烷和/或硅油等；但不限于此。上述的方法中，优选地，所述油滴向超疏油表面发生正对碰撞的速度为恒定速度，0.5μm/s以下，优选为0.4μm/s；最大碰撞力度为5～20nN。上述的方法中，设定的碰撞速度为0.5μm/s以下，优选为0.4μm/s；此种速度下能够保证溶液中的阻力忽略不计。上述的方法中，优选地，所述盐溶液的浓度为100mM～500mM。上述的方法中，优选地，所述油滴的半径为25～60μm。上述的方法中，优选地，依次采取不同盐离子浓度的盐溶液连续相驱替前一连续相，排挤出前一连续相，实现连续相的改变替换的过程中，后一连续相需达到驱替平衡后再进行下一次的油滴碰撞。上述的方法中，优选地，油滴的碰撞和驱替过程在密闭环境中进行；进一步优选地，通过O形橡胶环圈起一个空间，使油滴的碰撞和驱替在圈起的空间内进行。本专利技术中，通过后一连续相驱替前一连续相排挤出前一连续相，实现连续相的改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法，其包括以下步骤：/n采用原子力显微镜，于原子力显微镜的微悬臂探针上黏附一个油滴，于原子力显微镜的基底上覆盖有超疏油表面，所述油滴与所述超疏油表面处于上下正对位置；/n所述超疏油表面位于第一连续相环境中，所述第一连续相为盐溶液；/n设置原子力显微镜碰撞速度、最大碰撞力度，使油滴向超疏油表面发生正对碰撞，待二者间作用力达到最大碰撞力度时回撤油滴，回撤过程中获得的引力最大值即为油滴与超疏油表面之间的黏附力；/n依次采取不同盐离子浓度的盐溶液连续相驱替前一连续相，排挤出前一连续相，实现连续相的改变替换，在相同的碰撞条件下，测量油滴与超疏油表面之间的黏附力；/n获取不同盐离子浓度的连续相下的油滴作用力曲线，实现水下超疏油表面疏油特性的表征。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微观黏附力表征水下超疏油表面疏油特性的方法，其包括以下步骤：
采用原子力显微镜，于原子力显微镜的微悬臂探针上黏附一个油滴，于原子力显微镜的基底上覆盖有超疏油表面，所述油滴与所述超疏油表面处于上下正对位置；
所述超疏油表面位于第一连续相环境中，所述第一连续相为盐溶液；
设置原子力显微镜碰撞速度、最大碰撞力度，使油滴向超疏油表面发生正对碰撞，待二者间作用力达到最大碰撞力度时回撤油滴，回撤过程中获得的引力最大值即为油滴与超疏油表面之间的黏附力；
依次采取不同盐离子浓度的盐溶液连续相驱替前一连续相，排挤出前一连续相，实现连续相的改变替换，在相同的碰撞条件下，测量油滴与超疏油表面之间的黏附力；
获取不同盐离子浓度的连续相下的油滴作用力曲线，实现水下超疏油表面疏油特性的表征。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，于原子力显微镜的微悬臂探针上黏附一个油滴的方法包括：
利用注射器在原子力显微镜的基底上喷洒雾化的油滴，利用原子力显微镜的微悬臂探针黏附其中一个油滴并排除掉其他油滴；
其中，原子力显微镜的微悬臂探针的亲油性大于基底。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述盐溶液包括氯化钠溶液和/或氯化钾溶液。


4.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮，葛运通，靳航，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11