界面化學第9章

1、潤濕作用潤濕作用是指在固體表面上一種液體取代另一種與之不相混溶液體的過程。常見的潤濕現(xiàn)象是固體表面上的氣體被液體取代的過程第第9章章 液體對固體的潤濕作用液體對固體的潤濕作用一、潤濕作用一、潤濕作用人們都知道，防雨布不易被水潤濕，而棉布易被水潤濕；水能在玻璃上展開，而汞不能。所以說水能潤濕棉布，潤濕玻璃，而汞不能潤濕玻璃。液體在固體表面上的潤濕現(xiàn)象液體在固體表面上的潤濕現(xiàn)象將氣液界面與氣固界面變?yōu)楣桃航缑娴倪^程。如農(nóng)藥能否附在植物葉子上。將固體完全浸入到液體中的過程，如將衣服浸泡在水中。固液界面取代氣固界面的過程，同時還擴大了氣液界面。可用鋪展系數(shù)來表征多孔性固體表面的浸濕過程，常稱為滲透過程

2、二、接觸角二、接觸角 接觸角是氣液固三相交界線上任意點o的液體的表面張力gl與液固界面張力ls間的夾角，以表示。glgsls0潤濕方程 90不潤濕 90潤濕= 0為鋪展。lsglgscos接觸角的測定接觸角的測定1）躺滴或貼泡法直接觀測處在固體平面上的液滴或貼泡外形，再用量角器測角。2）斜板法固體平板插入液體中，在三相交界處會保持一定的接觸角，改變插入的角度，直到液面與平板接觸之處一點也不彎曲，此時板面與液面的夾角為接觸角。接觸角的測定接觸角的測定光反射法小液滴法和液餅法垂片法透過高度法三、固體表面的潤濕性與臨界表面張力三、固體表面的潤濕性與臨界表面張力從潤濕方程來看，只有固體表面能足夠大才可

3、能被液體所潤濕。一般常用液體的表面張力在100mnm-1以下。以此為界將固體分為高能表面，表面能高于高能表面，表面能高于100mn100mn m m-1-1 低能表面，表面能低于低能表面，表面能低于100mn100mn m m-1-1 1.低能表面的潤濕性與臨界表面張力低能表面的潤濕性與臨界表面張力低能表面，表面能低于低能表面，表面能低于100mn100mn m m-1-1 一般有機固體和高聚物，其表面能與一般的液體大致相當，甚至更低，屬于低能表面。這類固體表面的潤濕性質(zhì)隨固液兩相組成與性質(zhì)不同而有很大變化臨界表面張力臨界表面張力 液體同系物在同一固體表面上的接觸角隨表面張力降低而變小。若以c

4、os對液體表面張力作圖，可得一直線。將直線外延到cos=1處，所對應的液體表面張力值為臨界表面張力。1.00cosgl臨界表面張力臨界表面張力c c是表征固體表面潤濕性是表征固體表面潤濕性的經(jīng)驗參數(shù)。的經(jīng)驗參數(shù)。 c c 值越低，能在此固體表面上鋪展的液值越低，能在此固體表面上鋪展的液體越少，其可潤濕性便越差。體越少，其可潤濕性便越差。反之，反之，c c值越大，能在此固體表面上鋪值越大，能在此固體表面上鋪展的液體越多，其可潤濕性就越好。展的液體越多，其可潤濕性就越好。臨界表面張臨界表面張力力 2.高能表面的自憎現(xiàn)象高能表面的自憎現(xiàn)象高能表面，表面能高于高能表面，表面能高于100mn100mn

5、m m-1-1一般無機固體，如金屬及其氧化物，硫化物鹵化物及各種無機鹽的表面能約在200-5000 mj/m2的范圍，屬高能表面。它們與一般液體接觸后，體系自由能有較大的降低，能為這些液體所潤濕。 有一些低表面張力的有機液體在高能表面上不能自動鋪展，而形成有相當大接觸角的液滴。 因為這類有機液體大多是兩親性分子，以極性基向著高能表面，非極性基向外的方式形成定向排列的吸附膜。 2.高能表面的自憎現(xiàn)象高能表面的自憎現(xiàn)象四、動潤濕四、動潤濕實際生產(chǎn)中遇到的許多潤濕是在運動過程中發(fā)生的，如涂布工藝中，涂布液對以一定速度移動的基底的潤濕。這種潤濕現(xiàn)象稱為動潤濕。這些固體與液體間形成的接觸角隨時間而變，稱

6、之為動接觸角動接觸角。 在玻璃管中充入一段液體，靜止時液體與管壁形成一定的接觸角，這就是平衡接觸角，也叫靜態(tài)接觸角 。 液體段向右運動，運動著的液體，前液面會凸出，形成前進接觸角d, a 而后液面則凹進，形成后退角d, r 。d, rd, a 對于接觸角小于90的親液體系，當界面運動速度增加時，前進角也隨速度增加而變大，而且速度大到一定程度時，動接觸角可變?yōu)榇笥?0，導致親液體系變成不能潤濕的疏液體系。 在保持體系能夠潤濕的條件下，所能容許的最大界面運動速度稱為潤濕臨界速度 例如膠片生產(chǎn)時的涂布，為提高產(chǎn)量，例如膠片生產(chǎn)時的涂布，為提高產(chǎn)量，希望被涂布的基片運動速度越快越好，希望被涂布的基片運

7、動速度越快越好，但要保證質(zhì)量，又不能使動接觸角太但要保證質(zhì)量，又不能使動接觸角太大。要將界面運動速度控制在潤濕臨大。要將界面運動速度控制在潤濕臨界速度以下，產(chǎn)量與質(zhì)量兼顧。界速度以下，產(chǎn)量與質(zhì)量兼顧。五、潤濕劑五、潤濕劑 能促使液體潤濕固體或加速液體潤濕固體的表面活性劑稱為潤濕劑。在具體的實際應用中，又有不同名稱潤濕劑潤濕劑滲透劑滲透劑分散劑分散劑能作潤濕劑的大多是陰離子型和非離子陰離子型和非離子型表面活性劑型表面活性劑，而很少用陽離子型陽離子型表面活性劑。因為大多數(shù)固體在中性水甚至弱酸性不中表面常常帶負電荷，表面活性陽離子與表面強烈的電性作用，會使得表面活性劑尾端向著水而變成疏水表面。有時希

8、望表面轉(zhuǎn)化為憎水性的，稱之為反潤濕轉(zhuǎn)化，要用到陽離子型表面活性劑。用作潤濕劑的陰離子表面活性劑分子結(jié)構特點分子結(jié)構特點疏水基支鏈化程度高，疏水基支鏈化程度高，極性基位于分子中部極性基位于分子中部濃度很低時碳氫鏈較濃度很低時碳氫鏈較的更能改善潤濕作用的更能改善潤濕作用濃度高時，碳氫濃度高時，碳氫鏈短鏈的更有效鏈短鏈的更有效常用的陰離子型潤濕劑l 烷基硫酸鹽l 烷基磺酸鹽l 脂肪酸l 脂肪酸酯硫酸鹽l 磷酸酯非離子型潤濕劑l 聚氧乙烯脂肪醇l 硫醇l 烷基酚六、潤濕作用應用舉例六、潤濕作用應用舉例潤濕作潤濕作用應用用應用礦物浮選劑紡織印染滲透劑 采 油熱交換器醫(yī)藥、農(nóng)藥防水防油洗滌六、潤濕作用應用

9、舉例六、潤濕作用應用舉例1.洗滌洗滌 在水中加表面活性劑即洗滌劑，這種溶液一直滲入到污垢粒子與織物之間的縫隙中，并在它們表面形成一個親水的吸附層，削弱了污垢與織物間的黏附力，有利于污垢脫離下來。 此外表面活性劑還有分散、增溶能力，借助于搓揉、摩擦等機械作用，將污垢轉(zhuǎn)移到溶液中除去。六、潤濕作用應用舉例六、潤濕作用應用舉例2.礦物的泡沫浮選礦物的泡沫浮選捕集劑的作用是必變礦粉的表面性質(zhì)，其極性端吸附在礦物表面上，非極性端向著水，于是礦粉表面由親水性的變?yōu)橛H油性的。浮選劑中除加捕集劑，還必須有起泡劑、活化劑等3.農(nóng)藥農(nóng)藥在農(nóng)藥中，必須考慮藥劑與害蟲、植物葉子、莖的潤濕性。許多植物、害蟲表面常覆蓋一層疏水的蠟質(zhì)，使水在其上面的接觸角大于90加入潤濕劑，接觸角變小，藥液覆蓋在害蟲體上，堵塞氣孔窒息而亡。六、潤濕作用應用舉例六、潤濕作用應用舉例七、固體表面改性七、固體表面改性液體在固體表面上的吸附性，是由液體的性質(zhì)和固體表面的性質(zhì)所決定的。一方面是從液體的性質(zhì)著手，改變液體的組分，如加入表面活性劑一方面從固體的表面性質(zhì)著手，進行表面改性潤濕性能的改變潤濕