表面黏著与黏度问题分析.ppt

潤濕及改善表面活性劑 授課教授:吳文海 研究生:陳佳鈴 報告日期:12.7 前言 以其他液體將某種液體從一物體表面取代的現象稱潤濕。 潤濕發生包含三種相,至少兩項為流體。 此章節主要討論潤濕現象在固體或液體表面之氣體(通常為空氣)被水或液相所取代。 潤濕型態可分三類： 塗敷潤濕(Spreading wetting) 粘度潤濕(Adhesional wetting) 浸漬潤濕(Immersional wetting) 塗敷潤濕 接觸角 接觸角的測量 在一個宏觀、平整、無孔的平面基板上滴一液滴,可藉著顯微鏡的裝置側角目鏡或拍照來測量接觸角。 影響接觸角的測量有以下幾點: 1.液體中的汙染物。 2.固體表面即使看起來很平滑，也有可能有不純物或缺陷。 3.接觸角的滯後現象常發生在不平整或含有不純物的基材上，因此會有液體在固體表面向前延展或向後退縮的現象，且差異度可達60°。 例如:硬酯酸在接觸水後變的非常潤濕，是由於在水裡時會改變表面分子的方向，使更多的分子導向COO￣以減少表面自由能。 粘度潤濕 黏著功 浸漬潤濕 三種潤濕 每單位面積的表面自由能或推進力在三個不同潤濕可表示為: 塗敷潤濕: -△Gw/a=γSA-γLA-γSL=SL/S 粘度潤濕: -△Gw/a=γSA-γLA+γSL=Wa 浸漬潤濕: -△Gw/a=γSA-γLA(=γSLcosθ, θ=0°) 吸附與潤濕 在兩相間的溶質濃度與溶液內部溶質的濃度差異很大，此現象稱吸附。 將Gibbs吸附方程式和Young’s方程式合併 d(γLACOSθ)/dγLA=(ΓSA-ΓSL)/ΓLA 以水為背景，固-液的表面張力γSL會非常低，是由於吸附疏水基於表面或帶負電疏水基鄰近在帶負電極性的表面。 固相為非極性，會有高的固-液的表面張力，是因為非極性疏水基群的表面，以非極性固體為吸附方向並減少γSL。 改善表面潤濕:一般的考慮 水有相當高的表面張力72mN/m，若表面自由能低於72mJ/m2則不會有自發塗敷的發生。 添加表面活性劑到水中，會增加表面液體或固體的潤濕。 但是添加表面活性劑不一定會增加潤濕力，會因為成分的不同而有所變化。 硬表面潤濕 硬表面基材為非孔，非粒狀的固體或非孔的薄層，其潤濕的範圍非常小。 當氟羧酸吸附到聚乙烯表面，γc值比一般的值(31-20mN/m)還要低，則不發生塗敷，因此需要加入潤濕液減少表面張力;如果表面張力大於臨界張力可能不會有完整的潤濕，必須小於或等於臨界張力才會有完整的塗敷發生。 紡織潤濕 紡織有大的表面範圍，很難在很短的時間內達到潤濕的效果。 因此有幾種方法可以改善: (1)有效率的潤濕劑(改變時間、改變溫度、在最小表面濃度所潤濕的範圍) (2)有效用的潤濕劑(不管表面濃度，在最短的時間達到最大的潤濕) (3)固定表面濃度、改變溫度在一定的時間達到潤濕 添加劑的影響 電解質的含量， 在水相的離子表面對潤濕時間有相當大的影響；例如在可溶水或CMC中，可能會減少表面張力。 當水相增加電解質或添加硬性劑，疏水基的鏈長會比理想純水的鏈長來的短，這是最理想的陰離子表面潤濕。 溶液含有高濃度電解質，疏水基的鏈長在7-8個碳原子下才會有效的起反應。 增加長鏈的醇在陰離子或非離子液相的表面則會減少潤濕力。 潤濕表面活性劑混合物的協同作用 兩個不同混合物的界面會相互影響，無論是在混合單分子膜或在水溶液混合micells的界面，都會有協同作用來增加界面的特性。 如果提高潤濕，則協同作用會減少動力和表面張力的值。 除了高表面活性劑外，可藉由可溶水的表面增溶到不溶水的表面以提高潤濕。 短鏈的醇或烷基酚醚在分子中含有乙烯基或n-十二烷基-2-吡咯烷酮 ，在水中會有低溶解度並且缺乏潤濕力，當混合各種陰離子於表面則會溶解在水中變成傑出的潤濕劑。 添加POE非離子於表面，則會有陰離子產生以增加潤濕力，主要因為陰離子會增加非離子的流動能力，使更快速的擴散到表面潤濕並且降低陽離子的流動力。 超潤濕 謝謝各位耐心聆聽 * * 液體塗敷在基板上面取代另一個流體(像空氣)，稱為塗敷潤濕 C-B間的a為液體(L)塗敷的範圍 當減少基板-空氣界面(a*γSA)的範圍， 則表面自由能會減少。 增加液體-基板界面(a*γSL)或增加液體- 氣體界面(a*γLA)，表面自由能會增加。 塗敷係數可用下列表示： SL/S= -△Gw/a =γSA-(γSL+γLA) 若塗敷係數為正，則會發生自發反應將液 體塗敷在基材上；若塗敷係數為負，則不 會發 生。