高分子界面化学3.ppt

* 固 / 液 / 气界面 润湿是最常见的界面现象之一 润湿是一种流体被另一种流体从表面上取代下来的一种物理界面现象。涉及到三个相界面关系，至少有两相是流体。 ● 一气体和两个不互溶液体 ● 一固体和两个不互溶液体 ● 三个不互溶液体 ● 固/液/气 气体多指空气，即讨论固体表面吸附有空气时，被液体取代的润湿现象。水和水溶液最常见，又叫湿润、浸润 润湿机理 ? 液体和固体接触时，某些液体能润湿固体，有些不能。如水能润湿玻板，水银在玻板上缩成珠滴滚动。 ? 同一液体能润湿固体表面，而不能润湿另外的固体表面。如水能润湿玻板，不能润湿石蜡表面。 ? 这不仅和固体表面能有关，而且同液体与固体两种分子的相互作用有关。 润湿本质上是由液体分子与固体分子之间相互作用力（粘附力）大于或小于液体分子本身相互作用力（内聚力）决定的。 a12?a22 润湿 a12?a22 不润湿 f f’ f’ f f’ ＜f f’ ＞ f 附着层：液体和固体界面接触处，厚度等于一个分子作用半径的一薄层液体。附着层中的分子作用与液体内部不同，附着层内分子作用半径场为球形，有一半处在固体之中，因此受力不对称。 如粘附力＜内聚力，分子所受合力垂直于附着层而指向液体内部，分子有尽量挤入液体内部的趋势。附着层有收缩的倾向，呈下弯曲液面，出现不润湿现象。f’ ＜f 如粘附力＞内聚力，分子所受合力垂直于附着层而指向固体，液体分子挤入附着层。附着层有伸张的倾向，呈上弯曲液面，出现润湿现象。 f’ ＞ f ? 接触角 是表征固/液/气界面性能的一个重要参数 在固、液、气交会处，沿液体弯曲液面作切线（面）和固体所成的角?。 水/玻板 ?≈ 00 ，水银/玻板 ?≈ 1800 00＜?＜1800， ? ，润湿性越好。 润湿受外来物质影响，用于改变固体与液体体系的润湿性质，使液体易润湿固体的试剂 润湿剂，表面活性剂 润湿剂，表面活性剂: 降低液体的表面张力和?固/液 ，使液体容易在固体表面展开。 ? 分析：在点A有三种表面张力存在 ?SV：使液滴铺展开来 ?SL：使液滴收缩 ?LV：有两种情况；? ? 90° 收缩 ? ? 90 ° 铺展 受力平衡时： ?SV = ?SL + ?LV COS ? (Young’s equation) COS ? = （?SV - ?SL）/ ?LV （界面张力与接触角的关系） 固/液/气体系界面粘合功：Wa = ? 1+ ?2 - ?12 (L/L) Wa = ?SV + ?LV - ?SL = ?SL + ?LV COS ? + ?LV - ?SL = ?LV (1+ COS ? ) 当 ? = 0 Wa = 2 ?LV = W内聚 ?LV ?SL ?SV 固 液 气 A 接触角测定 ?直接测量法 ? 测液滴尺寸计算 ? 水平面法（斜板法） 影响接触角测量因素 ? 空气相对湿度影响 ? 表面污染 ? 表面状态 ? 表面粗糙度 接触角滞后影响 液体表面好比是一层弹性膜，可以接受一定程度张拉和收缩的力。 当液体滴到固体表面，可自然形成凸透镜状聚集，与固体接触的底面有一固定面积。 1. 假如表面是理想平滑均质 滴加液体，则液滴前移，建立和原来相同的接触角。反之亦然。 2. 假若表面粗糙或非均质 ? 如用滴管往液滴中加入少量液体，则在S不变时，可以因液膜弹性而变成体积更大的b，液滴变高而不移动边界，? ?a 前进接触角。加入足够液体，液滴发生急跳而得到的接触角------最大前进接触角 ? 如吸出少量液体，体积减小为c， ? ? r后退接触角。取出液体，移动边界前的?-------最小后退接触角 ? ? r ?a 通常，液滴体积在一定程度内发生增大或缩小变化，不会影响液滴底面积变化，只有液滴曲面发生变化而影响接触角变化。