第四章--固液界面.ppt

5.6.4 润湿过程的比较 以上三种润湿发生的条件可归纳如下： 粘附润湿： 浸湿： 铺展润湿是： 三种润湿依次表示为：WaASL/S。 换言之若SL/S≥0，必有WaA0,即凡能铺展的必定能粘附润湿与浸湿，铺展湿润是程度最高的一种润湿。 上式中都涉及粘附张力 A=σSG-σSL.。显然，σSG越大，σSL越小， （σSG-σSL）差值就越大，越有利于润湿。 液体表面张力对三种润湿贡献是不同的.对粘附润湿，增大σLG有利，对于浸湿， σLG的大小不起作用。对铺展润湿来说，减少σLG是有利的。 借助Young方程，将σSG=σSL+σLGcosθ,代入（4-34）中，可得： 类 型 能量判据式 接触角判据 粘附润湿 Wa =σLG（cosθ+1）≥0 θ≤180° 浸 湿 A = σLGcosθ≥0 θ≤90° 铺展润湿 SL/S = σLG（cosθ-1）≥0 θ=0°或不存在 习惯上规定θ=90°为润 湿与否的标准，即θ90°为不润湿， θ90°为润湿，θ越小润湿越好。当平衡接触角θ=0°或不存在时为铺展。 对三类润湿，降低σSG，增加σSL，均对润湿不利，反之则有利。 4.7固体的润湿性质 ?固体的润湿性质 1、低能表面与高能表面 从润湿方程可以看出，当θ＜90，σsg≥ σsl + σlg 可润湿，这时，即要求σsgσgl ，可见，低表面张力的液体容易润湿高表面能的固体，考虑到σlg的数值均在100mN/m以下，常以此为界，将固体分为两类： 固体的润湿性质 （1）表面张力大于100mN/m者称为高能固体，这些固体易被液体所润湿，如无机固体、金属及其氧化物等。 （2）表面张力低于100mN/m者称为低能固体，这类固体不易被液体所润湿，如有机固体、高聚物固体。 一般的无机物固体（陶瓷、金属等）的表面能约在500～5000mN/m，其数值远远大于一般液体的表面张 力，因此，液体与这类固体接触后，使固体表面能显著降低。 但许多有机固体和高聚物的表面能则与一般液体相仿，甚至更低，它们的表面属于低能表面。 2、低能表面的润湿性质 近年来，随着高聚物的广泛应用，低能表面的润湿问题越来越引起人们的重视，如某些高聚物做成的生产用品和生活用品，就要求其能很好地为水所润湿（加入某些无机氧化物可能是有效的办法），塑料电镀，降解等也需要解决润湿问题。 Zisman等人首先发现，同系列液体在同一固体表面的润湿程度随液体表面张力的降低而提高(σ ↓ θ , cosθ↑，S=γgl(cosθ -1) 若以cosθ对γgl作图，可得一很好的直线，将直线外推至cosθ=1处（θ=0）， 临界表面张力 相应的表面张力将为此固体的润湿临界表面张力，称为σc、 σc 表示液体同系列表面张力小于此值的液体方可在该固体上自行铺展，即S=0，若为非同系列液体，以cosθ对σgl 作图通常也显示线性关系，将直线外推至cosθ=1处，亦可得σc 。 σc是表征固体表面润湿性的经验参数，对某一固体而言， σc越小，说明能在此固体表面上铺展的液体便越少，其可润湿状越差（即表面能较低）。 从实验测得各种低能表面的σc值，并总结出一些经验规律： ①固体的润湿性与分子的极性有关，极性化合物的可润湿性明显优于相应的完全非极性的化合物（如纤维素的σc =40～45，而聚乙烯为31）。 ②高分子固体的可润湿性与其元素组成有关，在碳氢链中氢被其他原子取代后，其润湿性能将明显改变，用氟原子取代使σc变小（如聚四氟乙烯为18），且氟原子取代越多， σc越小（聚－氟乙烯为28）。而用氯原子取代氢原子则使变σc大可润湿性提高，如聚氯乙烯的σc为39，大于聚乙烯的31。 ③附有两亲分子单层的高能表面显示出低能表面的性质，这说明决定固体表面润湿性能的是其表面层的基团或原子，而与基体性质关系不大。因此，当表面层的基 团相同时不管基体是否相同，其σc 大致相同。 3、高能表面的自憎现象 虽然许多液体可在高能表面上铺展，如煤油等碳氢化合物可在干净的玻璃，钢上铺展，但也有一些低表面张力的液体不能在高能表面上铺展。出现这种现象的原因在于这些有机液体的分子在高能表面上吸附并形成定向排列的吸附膜，被吸附的两亲分子以极性基朝向固体表面，而非极性基朝外排列从而使高能表面的组成和结构发生变化。即从高能表面变成低能表面， 当低能表面的σc小于液体的σl g值时，这些液体便不能在自身的吸附膜上铺展，这种现象叫做自憎现象。 可利用自憎现象改变固体表面