Критическое поверхностное натяжение - смачивание
Cтраница 4
 |
Экспериментальные и расчетные данные определения работы смачивания и адгезии. [46] |
Экспериментальное определение поверхностного натяжения жидкостей обычно не вызывает затруднений. Один из таких методов заключается в определении критического поверхностного натяжения смачивания акр. Критическое поверхностное натяжение акр находят по зависимости косинуса краевого угла натекания cos 6НТ ( 0НТ - статический краевой угол, образующийся при натекании жидкости на твердую поверхность) от поверхностного натяжения жидкости на границе с воздухом стж.г. Для многих твердых ( низкоэнергетических) поверхностей при уменьшении поверхностного натяжения смачивающей жидкости косинус краевого угла cos 0HT линейно увеличивается. Это позволяет экстраполированием прямой cos 6НТ / ( стж-г) до пересечения с прямой созЭ т1, параллельной оси абсцисс, находить значение сгж. [47]
Экспериментальное определение поверхностного натяжения жидкостей обычно не вызывает затруднений. Достаточно надежных методов определения поверхностного натяжения на границе твердое тело - газ сГт - г и твердое тело - жидкость ат. Один из таких методов заключается в определении критического поверхностного натяжения смачивания сгкр. Критическое поверхностное натяжение сгкр находят по зависимости косинуса краевого угла натекания cos6НТ ( бит - статический краевой угол, образующийся при натекании жидкости на твердую поверхность) от поверхностного натяжения жидкости на границе с воздухом стж.г. Для многих твердых ( низкоэнергетических) поверхностей при уменьшении поверхностного натяжения смачивающей жидкости косинус краевого угла cos 6HT линейно увеличивается. Это позволяет экстраполированием прямой cos 6НТ f ( стж-г) до пересечения с прямой cos бит 1, параллельной оси абсцисс, находить значение огж-г, при котором достигается полное смачивание данной твердой поверхности. [48]
Публикаций, посвященных систематическому исследованию этого вопроса применительно к пластмассам, очень мало. Поверхностное натяжение всех использованных для смазки жидкостей было меньше критического поверхностного натяжения смачивания найлона, поэтому каждая жидкость хорошо растекалась на его поверхности. Среди этих жидкостей были нормальные алканы, спирты, кислоты и амины, вода, этиленгликоль, глицерин, несколько фторированных соединений и силиконы. Показано, что механизмы действия граничной смазки на пластмассах и металлах аналогичны. Наиболее эффективны те смазочные вещества, которые образуют особо прочно удерживаемые на поверхности пленки с высокой межмолекулярной когезией составляющих их молекул. Снижение трения между поверхностями найлона затруднено тем, что адсорбционно-активные участки ( амидные группы) на его поверхности слишком далеко отстоят друг от друга и образование достаточно плотной смазочной пленки невозможно. При комбинации сталь - найлон действие смазки более эффективно, так как на поверхности стали может образовываться более плотная пленка. [49]
 |
Равновесие капли адгезива ( / на поверхности твердого тела ( 2. [50] |
При ф 180 и созф - 1 жидкость полностью не смачивает поверхность и VTVT. Имеет место тесная линейная корреляция между созф и v 1 для данного твердого субстрата: если VK растет, cos ф падает. Величина тж, при которой созф 1, называется критическим поверхностным натяжением смачивания VK. [51]
Наряду с оценкой смачивающей способности по концентрации ПАВ в точке инверсии и скорости пропитки в последнее время получил широкое распространение еще один способ, который основан на представлении о критическом поверхностном натяжении смачивания 0Кр ( см. § III. При растворении ПАВ поверхностное натяжение на границе жидкость - воздух постепенно уменьшается. Когда оно снизится до величины стшг сткр, раствор будет полностью смачивать поверхность твердого тела, у которого критическое поверхностное натяжение смачивания равно Окр. В рамках этой схемы переход от ограниченного смачивания ( равновесный краевой угол Эо 0) к полному смачиванию происходит потому, что при определенной концентрации, зависящей от природы растворяемого ПАВ, на поверхности вода - воздух формируется насыщенный мономолекулярный слой, в котором молекулы ПАВ ориентированы своими полярными группами в сторону воды, а неполярными углеводородными цепями направлены в сторону воздуха. ПАВ на поверхности воды не изменяется. [52]
Систематические исследования краевых углов, образуемых чистыми жидкостями на самых разнообразных твердых поверхностях низкой энергии63; 121 110 и высокой энергии50; 7I, позволили установить основные закономерности явления смачивания. Были изучены твердые органические кристаллы и полимеры с гладкими поверхностями, а в качестве представителей веществ высокой поверхностной энергии - твердые металлы и стекло, которое модифицировали адсорбционным монослоем ориентированных органических молекул. Для каждого гомологического ряда органических жидкостей эмпирически установлена прямолинейная зависимость между косинусом краевого угла 0 и поверхностным натяжением Yiv 60 62 - Это позволило ввести для каждого гомологического ряда понятие критического поверхностного натяжения смачивания ус. [53]
Та часть, которая имеет большую величину среднего времени жизни в адсорбированном состоянии, удерживается на поверхности и в конечном счете покрывает ее плотно упакованным монослоем. В конце концов продукты гидролиза блокируют или отравляют поверхность и реакция гидролиза прерывается. Отсюда следует, что объемная концентрация гидролизозанного эфира очень мала и не может быть зафиксирована обычно применяющимися методами анализа. В тех случаях, когда критическое поверхностное натяжение смачивания возникающего монослоя оказывается меньше поверхностного натяжения эфира, растекания не наблюдается. Иначе говоря, сложный эфир не способен растекаться на адсорбционной пленке, образованной его собственными продуктами гидролиза. Были изучены многие десятки сложных эфи-ров самой различной структуры, и во всех случаях, когда отсутствовало растекание на стекле, плавленом кварце и на а - А12О3, этому явлению могло быть дано рассмотренное выше объяснение. [54]
Та часть, которая имеет большую величину среднего времени жизни в адсорбированном состоянии, удерживается на поверхности и в конечном счете покрывает ее плотно упакованным монослоем. В конце концов продукты гидролиза блокируют или отравляют поверхность и реакция гидролиза прерывается. Отсюда следует, что объемная концентрация гидролизованного эфира очень мала и не может быть зафиксирована обычно применяющимися методами анализа. В тех случаях, когда критическое поверхностное натяжение смачивания возникающего монослоя оказывается меньше поверхностного натяжения эфира, растекания не наблюдается. Иначе говоря, сложный эфир не способен растекаться на адсорбционной пленке, образованной его собственными продуктами гидролиза. Были изучены многие десятки сложных эфи-ров самой различной структуры, и во всех случаях, когда отсутствовало растекание на стекле, плавленом кварце и на а - А12О3, этому явлению могло быть дано рассмотренное выше объяснение. [55]
Прежде чем приступить к систематическому рассмотрению закономерностей смачивания поверхностей высокой энергии следует разобраться в двух особых поверхностно-химических явлениях. Первое из них заключается в том, что многие жидкости ( такие, как окта-нол-1, октанол-2, 2-этилгексанол - 1, трихлордифенил - и три-о-кре-зилфосфат) образуют на поверхностях высокой энергии [ платине, нержавеющей стали, стекле, плавленом кварце и синтетическом корунде ( а - А12О3) 1 весьма значительные краевые углы, независимо от того подвергались ли эти поверхности тщательной очистке или нет. Систематические исследования этого явления71 показали, что отсутствие растекания на таких твердых поверхностях каждой из исследованных жидкостей обусловлено свойствами возникающего адсорбционного слоя. Адсорбированные молекулы жидкости образуют пленку, критическое поверхностное натяжение смачивания которой меньше, чем поверхностное натяжение самой жидкости. Кратко это можно сформулировать так: в рассматриваемом случае ни одна из жидкостей не способна растекаться на своем собственном ориентированном адсорбционном слое. Такие жидкости были названы аутофобными. Отсюда следует, что поверхностное натяжение неаутофобных полярных жидкостей меньше, чем критическое поверхностное натяжение смачивания их адсорбционных слоев. [56]
Страницы: 1 2 3 4