不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法測(cè)量不透明液體與固體表面接觸角的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用一種不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，主要包括以下步驟：(1)將固體試樣固定在測(cè)試容器內(nèi)的固體試樣測(cè)試支架上；(2)在測(cè)試容器內(nèi)注入透明介質(zhì)，透明介質(zhì)的液面高度大于固體試樣的下表面高度，且密度大于不透明液體的密度；(3)調(diào)整視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x、光源焦距、拍攝角度，使得拍攝圖像清晰；(4)將待測(cè)試的不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面；(5)拍攝不透明液體液滴圖像并計(jì)算接觸角的技術(shù)方案較好地解決了上述問(wèn)題，可用于不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，尤其適用于原油與固體表面接觸角的測(cè)量。

【背景技術(shù)】
[0002]液體在固體材料表面上的接觸角，是衡量該液體對(duì)材料表面潤(rùn)濕性能的重要參數(shù)，對(duì)接觸角的測(cè)量可以獲得固-液、固-氣相互作用的相關(guān)信息。接觸角測(cè)量技術(shù)在石油工業(yè)、醫(yī)藥材料、芯片產(chǎn)業(yè)、低表面能無(wú)毒防污材料、化妝品、農(nóng)藥、印染、造紙、噴涂等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
[0003]液體部分潤(rùn)濕固體表面時(shí)，液體在固體表面形成液滴，固體對(duì)液體的接觸角越大，表明該液體對(duì)表面的潤(rùn)濕性越差。
[0004]在原油輸送過(guò)程中，原油中水在管道的底部沉積，水及水中的腐蝕性介質(zhì)可能對(duì)管道造成腐蝕，而原油自身不具有腐蝕性。由于原油和水在管道內(nèi)部的流動(dòng)，在一定的流態(tài)下，原油可能間歇性的接觸管道底部表面，有助于抑制管道腐蝕。但原油在管道表面的潤(rùn)濕性與原油的性質(zhì)及管道表面狀態(tài)等因素有關(guān)，因此，測(cè)量原油在水環(huán)境中對(duì)固體表面的潤(rùn)濕性，即接觸角，十分必要，但原油一般不透明，這增加了測(cè)量的難度。
[0005]目前對(duì)表面接觸角的測(cè)量較多的是針對(duì)透明液體在透明氣體或透明液體環(huán)境中，如水在空氣或水在透明油的表面接觸角測(cè)量。CN201110342914.2公開(kāi)了一種憎水性時(shí)靜態(tài)接觸角檢測(cè)方法，首先采集水珠圖像，然后對(duì)水珠圖像進(jìn)行分析，對(duì)不同條件下的水珠選擇指定的算法進(jìn)行分析，最后求得接觸角。CN201110343828.3提供了一種親水性時(shí)水珠靜態(tài)接觸角的檢測(cè)方法，包括:獲取水珠圖像；選擇圓擬合算法或者橢圓擬合算法計(jì)算水珠靜態(tài)接觸角的估計(jì)值；根據(jù)水珠體積和計(jì)算出水珠靜態(tài)接觸角的估計(jì)值，選擇圓擬合算法或者橢圓擬合算法計(jì)算水珠靜態(tài)接觸角的精確值。
[0006]由于光不能透過(guò)不透明液體，因此，上述方法不適用于不透明液體在固體表面的接觸角測(cè)量，特別當(dāng)不透明液相密度比另一透明液相的密度低時(shí)，無(wú)法測(cè)量不透明液相與固相的接觸角。
[0007]本發(fā)明有針對(duì)性的解決了該問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法測(cè)量不透明液體與固體表面接觸角的問(wèn)題，提供一種新的不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法。該方法用于原油與固體表面接觸角的測(cè)量中，具有可以測(cè)量不透明液體與固體表面接觸角的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，主要包括以下步驟:(1)將固體試樣固定在測(cè)試容器內(nèi)的固體試樣測(cè)試支架上；(2)在測(cè)試容器內(nèi)注入透明介質(zhì)，透明介質(zhì)的液面高度大于固體試樣的下表面高度，且密度大于不透明液體的密度；(3)調(diào)整視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x、光源焦距、拍攝角度，使得拍攝圖像清晰；(4)將待測(cè)試的不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面；(5)拍攝不透明液體液滴圖像并計(jì)算接觸角。
[0010]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，通過(guò)注射針將不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面。
[0011]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述測(cè)試容器由選自聚碳酸酯、光學(xué)玻璃、無(wú)色透明有機(jī)玻璃等透明的材質(zhì)制作。
[0012]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述測(cè)試容器頂部截面為圓形，且采用密封圈密封。
[0013]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述測(cè)試容器的頂部密封蓋上設(shè)有進(jìn)氣管、出氣管和pH計(jì)，通過(guò)進(jìn)氣管和出氣管向透明介質(zhì)中通入氣體達(dá)到除氧或通入實(shí)驗(yàn)氣體的目的，pH計(jì)的測(cè)試端插入透明介質(zhì)的液面以下。
[0014]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述測(cè)試容器側(cè)壁上、固體試樣測(cè)試支架上開(kāi)有注射針進(jìn)入的小孔。若注射針為彎頭針，從測(cè)試容器頂部的PH計(jì)口插入注射針，將不透明液滴加注到固體試樣的下表面。
[0015]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在測(cè)試容器上被光源照射的容器壁及相對(duì)的壁面上分別開(kāi)孔，并安裝拍攝平面，避免光的散射影響測(cè)試結(jié)果，光通過(guò)拍攝平面在原油液滴表面成像并被照相機(jī)拍攝。
[0016]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，不透明液體為原油，透明介質(zhì)為水。
[0017]采用本發(fā)明的方法進(jìn)行不透明液體(如原油)與固體表面的接觸角測(cè)量時(shí)，由于測(cè)試容器內(nèi)注入了水，水的密度比原油的密度大，所以原油將在固體試樣的下表面上形成油滴，采用德國(guó)Dataphysics儀器公司的視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x中的照相機(jī)進(jìn)行清晰拍攝，通過(guò)圖像進(jìn)行接觸角的計(jì)算。
[0018]采用本發(fā)明的方法，通過(guò)所述的測(cè)試裝置，可實(shí)現(xiàn)不透明液體在固體表面的接觸角測(cè)量，如原油在水環(huán)境中的固體表面的接觸角的測(cè)量，操作簡(jiǎn)單直觀，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，取得了較好的技術(shù)效果。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述方法采用的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖1中，I為容器；2為油滴；3為固體試樣支架；4為固體試樣；5為固體試樣支架3上的小孔；6為容器I上的小孔及密封塞；7為透明拍攝口 ；8為密封圈；9為密封蓋；10為進(jìn)氣管；11為出氣管；12為pH計(jì)。
[0021]圖2為不透明液體與固體表面的接觸角示意圖；
[0022]圖2中，13為固體試樣的下表面；14為不透明液體液滴；Θ為接觸角。
[0023]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不僅限于本實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0024]【實(shí)施例1】
[0025]在如圖1所示的裝置上，采用本發(fā)明所述的方法進(jìn)行原油與固體試樣接觸角的測(cè)量，測(cè)試容器透明，為圓柱形的，材質(zhì)為光學(xué)玻璃，采用密封圈密封，測(cè)試容器頂部與密封蓋通過(guò)密封圈及螺釘進(jìn)行密封。頂部密封蓋上設(shè)有進(jìn)氣管、出氣管和pH計(jì)，通過(guò)進(jìn)氣管和出氣管向透明介質(zhì)中通入氣體達(dá)到除氧或通入實(shí)驗(yàn)氣體的目的，PH計(jì)的測(cè)試端插入水面以下。
[0026]視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x采用德國(guó)Dataphysics儀器公司，面向視頻光學(xué)接觸角儀器的電荷耦合器件(CCD)鏡頭的容器表面及容器的平行側(cè)面部分是平面，并且無(wú)劃痕。
[0027]在測(cè)試容器上被光源照射的容器壁及相對(duì)的壁面上分別開(kāi)孔，并安裝拍攝平面，避免光的散射影響測(cè)試結(jié)果，光通過(guò)拍攝平面在原油液滴表面成像并被照相機(jī)拍攝。
[0028]在視頻光學(xué)接觸角儀器的樣品臺(tái)上放置測(cè)試容器，容器內(nèi)裝入水，水的高度高于固體試樣的下表面，通過(guò)固體試樣支架固定固體試樣。通過(guò)進(jìn)氣管向容器中通入氣體進(jìn)行排氧及充入實(shí)驗(yàn)氣體，出氣管排除氧氣或其它氣體，通過(guò)PH計(jì)測(cè)量溶液的pH值。固體試樣支架需保證從CCD鏡頭出來(lái)的光能夠在油滴上表面的反射圖像被位于測(cè)試容器另一側(cè)的視頻光學(xué)接觸角儀器上的CCD照相機(jī)拍攝和觀察。調(diào)節(jié)光源焦距使注射針的圖像清晰，通過(guò)測(cè)試容器側(cè)壁上的小孔和固體試樣支架上的小孔將注射器內(nèi)的原油注射到固體試樣的下表面；若注射針為彎頭針，可從測(cè)試容器頂部的PH計(jì)口插入注射針，將不透明液滴加注到固體試樣的下表面。由于原油的密度低于水的密度，原油將在固體試樣的下表面上形成油滴，拍攝油滴圖像并按照?qǐng)D2所示計(jì)算接觸角。
[0029]【實(shí)施例2】
[0030]按照實(shí)施例1所示的方法和步驟，只是測(cè)試容器為方形柱狀，頂部未設(shè)密封設(shè)備，也沒(méi)有設(shè)置出氣管、進(jìn)氣管和PH計(jì)，測(cè)試容器的材質(zhì)為無(wú)色透明有機(jī)玻璃。
【權(quán)利要求】
1.一種不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，主要包括以下步驟: (1)將固體試樣固定在測(cè)試容器內(nèi)的固體試樣測(cè)試支架上； (2)在測(cè)試容器內(nèi)注入透明介質(zhì)，透明介質(zhì)的液面高度大于固體試樣的下表面高度，且密度大于不透明液體的密度； (3)調(diào)整視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x、光源焦距、拍攝角度，使得拍攝圖像清晰； (4)將待測(cè)試的不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面； (5)拍攝不透明液體液滴圖像并計(jì)算接觸角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，其特征在于通過(guò)注射針將不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，其特征在于所述測(cè)試容器由選自聚碳酸酯、光學(xué)玻璃、無(wú)色透明有機(jī)玻璃等透明的材質(zhì)制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，其特征在于所述測(cè)試容器頂部截面為圓形，且采用密封圈密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，其特征在于所述測(cè)試容器的頂部密封蓋上設(shè)有進(jìn)氣管、出氣管和PH計(jì)，通過(guò)進(jìn)氣管和出氣管向透明介質(zhì)中通入氣體達(dá)到除氧或通入實(shí)驗(yàn)氣體的目的，PH計(jì)的測(cè)試端插入透明介質(zhì)的液面以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，其特征在于所述測(cè)試容器側(cè)壁上、固體試樣測(cè)試支架上開(kāi)有注射針進(jìn)入的小孔。若注射針為彎頭針，從測(cè)試容器頂部的PH計(jì)口插入注射針，將不透明液滴加注到固體試樣的下表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，其特征在于在測(cè)試容器上被光源照射的容器壁及相對(duì)的壁面上分別開(kāi)孔，并安裝拍攝平面，避免光的散射影響測(cè)試結(jié)果，光通過(guò)拍攝平面在原油液滴表面成像并被照相機(jī)拍攝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測(cè)量方法，其特征在于不透明液體為原油，透明介質(zhì)為水。
【文檔編號(hào)】G01N13/00GK104132871SQ201410395834
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】蔣秀, 屈定榮, 劉小輝 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院