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润湿作用润湿作用是指在固体表面上一个液体取代另一个与之不相混溶液体过程。常见润湿现象是固体表面上气体被液体取代过程第第9章章 液体对固体润湿作用液体对固体润湿作用一、润湿作用一、润湿作用人们都知道，防雨布不易被水润湿，而棉布易被水润湿；水能在玻璃上展开，而汞不能。因此说水能润湿棉布，润湿玻璃，而汞不能润湿玻璃。第1页第1页液体在固体表面上润湿现象液体在固体表面上润湿现象沾湿沾湿将气液界面与气固界面变为固液界面过程。如农药能否附在植物叶子上。浸湿浸湿将固体完全浸入到液体中过程，如将衣服浸泡在水中。铺展铺展固液界面取代气固界面过程，同时还扩大了气液界面。可用铺展系数来表征多孔性固体表面浸湿过程，常称为渗入过程第2页第2页二、接触角二、接触角 接触角是气液固三相交界线上任意点O液体表面张力gl与液固界面张力ls间夹角，以表示。glgsls0第3页第3页润湿方程 90不润湿 90润湿=0为铺展。第4页第4页接触角测定接触角测定1）躺滴或贴泡法直接观测处于固体平面上液滴或贴泡外形，再用量角器测角。2）斜板法固体平板插入液体中，在三相交界处会保持一定接触角，改变插入角度，直到液面与平板接触之处一点也不弯曲，此时板面与液面夹角为接触角。第5页第5页接触角测定接触角测定光反射法小液滴法和液饼法垂片法透过高度法第6页第6页三、固体表面润湿性与临界表面张力三、固体表面润湿性与临界表面张力从润湿方程来看，只有固体表面能足够大才也许被液体所润湿。普通惯用液体表面张力在100mNm-1下列。以此为界将固体分为高能表面，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 第7页第7页 1.低能表面润湿性与临界表面张力低能表面润湿性与临界表面张力低能表面，表面能低于100mNm-1 普通有机固体和高聚物，其表面能与普通液体大致相称，甚至更低，属于低能表面。这类固体表面润湿性质随固液两相组成与性质不同而有很大改变第8页第8页临界表面张力临界表面张力 液体同系物在同一固体表面上接触角随表面张力减少而变小。若以cos对液体表面张力作图，可得始终线。将直线外延到cos=1处，所相应液体表面张力值为临界表面张力。1.00cosgl第9页第9页临界表面张力临界表面张力c c是表征固体表面润湿性经是表征固体表面润湿性经验参数。验参数。c c 值越低，能在此固体表面上铺展液体值越低，能在此固体表面上铺展液体越少，其可润湿性便越差。越少，其可润湿性便越差。反之，反之，c c值越大，能在此固体表面上铺展值越大，能在此固体表面上铺展液体越多，其可润湿性就越好。液体越多，其可润湿性就越好。临界表面张力临界表面张力第10页第10页 2.高能表面自憎现象高能表面自憎现象高能表面，表面能高于高能表面，表面能高于100mN100mN m m-1-1普通无机固体，如金属及其氧化物，硫化物卤化物及各种无机盐表面能约在200-5000 mJ/m2范围，属高能表面。它们与普通液体接触后，体系自由能有较大减少，能为这些液体所润湿。第11页第11页 有一些低表面张力有机液体在高能表面上不能自动铺展，而形成有相称大接触角液滴。由于这类有机液体大多是两亲性分子，以极性基向着高能表面，非极性基向外方式形成定向排列吸附膜。2.高能表面自憎现象高能表面自憎现象第12页第12页四、动润湿四、动润湿实际生产中碰到许多润湿是在运动过程中发生，如涂布工艺中，涂布液对以一定速度移动基底润湿。这种润湿现象称为动润湿。这些固体与液体间形成接触角随时间而变，称之为动接触角动接触角。第13页第13页 在玻璃管中充入一段液体，静止时液体与管壁形成一定接触角，这就是平衡接触角，也叫静态接触角。液体段向右运动，运动着液体，前液面会凸出，形成迈进接触角d,a 而后液面则凹进，形成后退角d,r。d,rd,a第14页第14页 对于接触角小于90亲液体系，当界面运动速度增长时，迈进角也随速度增长而变大，并且速度大到一定程度时，动接触角可变为不小于90，造成亲液体系变成不能润湿疏液体系。在保持体系能够润湿条件下，所能允许最大界面运动速度称为润湿临界速度第15页第15页 比如胶片生产时涂布，为提升产量，比如胶片生产时涂布，为提升产量，希望被涂布基片运动速度越快越好，希望被涂布基片运动速度越快越好，但要确保质量，又不能使动接触角太但要确保质量，又不能使动接触角太大。要将界面运动速度控制在润湿临大。要将界面运动速度控制在润湿临界速度下列，产量与质量兼顾。界速度下列，产量与质量兼顾。第16页第16页五、润湿剂 能促使液体润湿固体或加速液体润湿固体表面活性剂称为润湿剂。在详细实际应用中，又有不同名称润湿湿剂渗透渗透剂分散分散剂第17页第17页能作润湿剂大多是阴离子型和非离子型阴离子型和非离子型表面活性剂表面活性剂，而很少用阳离子型阳离子型表面活性剂。由于大多数固体在中性水甚至弱酸性不中表面经常带负电荷，表面活性阳离子与表面强烈电性作用，会使得表面活性剂尾端向着水而变成疏水表面。有时希望表面转化为憎水性，称之为反润湿转化，要用到阳离子型表面活性剂。第18页第18页用作润湿剂阴离子表面活性剂分子分子结构特点构特点疏水基支疏水基支链化程度高，化程度高，极性基位于分子中部极性基位于分子中部浓度很低度很低时碳碳氢链较的更能改善的更能改善润湿作用湿作用浓度高度高时，碳，碳氢链短短链的更有效的更有效第19页第19页惯用阴离子型润湿剂l烷基硫酸盐l烷基磺酸盐l脂肪酸l脂肪酸酯硫酸盐l磷酸酯非离子型润湿剂l聚氧乙烯脂肪醇l硫醇l烷基酚第20页第20页六、润湿作用应用举例六、润湿作用应用举例润湿作润湿作用应用用应用矿物浮选剂纺织印染渗入剂 采 油热互换器医药、农药防水防油洗涤第21页第21页六、润湿作用应用举例六、润湿作用应用举例1.洗涤洗涤 在水中加表面活性剂即洗涤剂，这种溶液始终渗入到污垢粒子与织物之间缝隙中，并在它们表面形成一个亲水吸附层，削弱了污垢与织物间黏附力，有助于污垢脱离下来。另外表面活性剂尚有分散、增溶能力，借助于搓揉、摩擦等机械作用，将污垢转移到溶液中除去。第22页第22页六、润湿作用应用举例六、润湿作用应用举例2.矿物泡沫浮选矿物泡沫浮选捕集剂作用是必变矿粉表面性质，其极性端吸附在矿物表面上，非极性端向着水，于是矿粉表面由亲水性变为亲油性。浮选剂中除加捕集剂，还必须有起泡剂、活化剂等第23页第23页3.农药农药在农药中，必须考虑药剂与害虫、植物叶子、茎润湿性。许多植物、害虫表面常覆盖一层疏水蜡质，使水在其上面接触角不小于90加入润湿剂，接触角变小，药液覆盖在害虫体上，堵塞气孔窒息而亡。六、润湿作用应用举例六、润湿作用应用举例第24页第24页七、固体表面改性七、固体表面改性液体在固体表面上吸附性，是由液体性质和固体表面性质所决定。首先是从液体性质着手，改变液体组分，如加入表面活性剂首先从固体表面性质着手，进行表面改性润湿性能改变润湿性能改变第25页第25页 办法处理原理机械处理将表面机械按摩和变形，使表面活化表面吸附用表面活性剂溶液等将固体表面浸透成疏水或亲水吸附层吸附单体聚合处理表面吸附单体层进行聚合反应聚合物涂布处理以聚合物涂布而形成聚合物覆盖层等离子体处理用等离子体（冲击放电、电弧放电等）产生激活分子 七、固体表面改性七、固体表面改性第26页第26页