影响接触角测定的因素 PPT课件

固体的润湿性质
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γ c 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，
浮游选矿
浮游选矿的原理图 当矿砂表面有5%被捕
集剂覆盖时，就使表面产 生憎水性，它会附在气泡 上一起升到液面，便于收 集。
选择合适的捕集剂， 使它的亲水基团只吸在矿 砂的表面，憎水基朝向水。
5、润湿热
润湿热
将一固体浸入一液体中所放出的热量称为润湿热， 采用微量量热计等精密量热仪器可以测出各种固体
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。
影响接触角测定的因素
除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞 后和吸附作用。 （1）接触角滞后 ①前进接触角和后退接触角 前进接触角，以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前 进接触角θA，如将固体板插入液体中；后退接触角则相反， 即以固气界面取代固液界面后形成的接触角叫后退接触角，用 θR表示，如水滴在斜玻璃板上，流动可形成前进接触角和后 退接触角。 ②接触角滞后及原因 指前进接触角与后退接触角之差称为接触角滞后（θA-θR）
润湿作用的其他应用举例
润湿作用的其他应用举例 1、金属焊接 金属焊接时，应选择粘附功Wa大的焊剂，除此之外，还
应选择一些配合溶剂以除去金属表面的氧化膜，这种溶剂应 既能溶解氧化膜又能润湿金属，同时，又要能被焊剂从金属 表面顶替出来，从而使焊剂在金属表面铺展，如松香就具备 上述性能而作为常用的焊接溶剂。
d d gl sg
1/ 2
Gi sl sg
gl 2
d d gl sg
1/ 2
Hi
Gi gl 2
d d gl sg

1/ 2
在上式中，若γlg，及
d sg
， 而对非极性固体
gd已l sd知g ， 通 s过g 实验测得△Hi，便可求
固体的润湿性质
当低能表面的γc小于液体的γlg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的润湿性，如常用一些有自 憎现象的油作为一些精密机械中轴承的润滑油，因为这样做 可以防止油在金属零件上的铺展而形成油污。 4 表面活性剂对润湿性的影响
可利用表面活性剂以改变体系润湿性质，这主要是从改变液 体的表面张力入手。通过表面活性剂在界面上的吸附而使液体 表面张力下降到能在固体表面上铺展。
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γc变小（如聚四氟乙烯为18），且氟原子取代越多，γc越 小（聚－氟乙烯为28）。而用氯原子取代氢原子则使γc变大 可润湿性提高，如聚氯乙烯的γc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
2、滴状冷凝 若将一般暖气管内壁改 为憎水表面，则水蒸气在管内凝成液 滴并沿管壁流下，而不会铺展成水膜，这样，在提高热交换 率的同时又延长管道寿命。对热电厂的冷凝管同样存在以上 问题。
润湿作用的其他应用举例
3、阳极效应 阳极效应是指在电解熔融盐的过程中，槽压突然急剧升高，
而电流强度则急剧下降，阳极周围出现细微火花放电光圈， 阳极停止析出气泡，这时，电解质和阳极间好像被一层气体 膜隔开似的。
2、影响接触角测定的因素
• 前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时 应注意以下两个问题：平衡时间和体系温度的恒定， 当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角 称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的 液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘 度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的 体系，由于表面张力的变化，接触角也会变化，因 此，若一已基平达平衡的体系，接触角的变化，可 能与温度变化有关，简单判断影响因素的方法是， 平衡时间的影响一般是单方向的，而温度的波动可 能造成γ的升高或降低。
4、表面活性剂对润湿性的影响
1、润湿剂 从润湿方程看，若液体的表面张力越低，则润湿能力越强，
当某液体（如水）的表面张力大于某固体表面的γc值时，此 液体是无法润湿该固体的，但若加入表面活性剂，使液体的 表面张力大大降低，一旦表面张力低于γc，则此时液体便能 润湿固体，这种表面活性剂一般称为润湿剂。显然，γcmc和 cmc值最低的表面活性剂应是最有效的表面活性剂。
的润湿程度随液体表面张力的降低而提高（γ ↓ ， θ ↑ ，COSθ ↑，S=γ gl(COSθ -1)若以COSθ 对γ gl
作图，
固体的润湿性质
可得一很好的直线，将直线外推至COSθ=1处（θ=0）， 相应的表面张力将为此固体的润湿临界表面张力，称为 γc、γc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γgl 作图通常也显示线性关系，将直线外推至 COSθ=1处，亦可得γc。
γc是表征固体表面润湿性的经验参数，对某一固体而 言，γc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γc值，并总结出一些经验律：
固体的润湿性质
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γc=40～45， 而聚乙烯为31）。
固体的润湿性质
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
影响接触角测定的因素
造成接触角滞后的主要原因有： a.表面不均匀
表面不均匀是造成接触角滞后的一个重要原因 若固体表面由与液体亲合力不同的两部分a、b组 成，则液体对复合表面的接触角与对两种纯固体 表面成分自身的接触角的关系是： COSθ=XaCOSθa+XbCOSθb Xa、Xb指a、b的 摩尔分数，θa、θb指液体在a固体和b固体上的 接触角。
表面活性剂对润湿性的影响
这时，矿物表面的外层为碳氢基，其润湿性大大下降，并附 着于鼓入的气泡中被浮选到液体表面，又如用甲基氯硅烷处 理玻璃或带有表面羟基的固体表面，甲基氯硅烷与固体表面 上的羟基作用，释出氯化氢，形成化学键Si-0键，这使原来 亲水的固体表面被甲基所覆盖而具有憎液性强和长期有效的 特点，可通过此方法改性 玻璃表面从而使其防水（如汽车 玻璃，玻璃镜片等）。
显然，r越大，表面越不平，这时，应用润湿方程
时应加以粗化较正，r sg sl lg cos ', ' 为粗糙表面
上的接 触角，将上式与无粗化的润湿方程相比可得
r cos ' cos
当θ＜90°表面粗化将使θ′＜θ，当θ＞90°， 表面粗化将使θ′＞θ（接触角变大，润湿性变 差）。
和
液体浸润过程中的热效应。
同接触角一样，润湿热的数值也可以作为固液体系
润湿性能的表征，在△S>0的场合，采用润湿热数据
作为表征更有现实意义。
由于体系的自由能降低主要是以放热体现出来。
Gi
sl
sg

H i

T

Gi T
P
润湿热
另一方面，根据Fowkes关系式
sl sg gl 2
有机胺盐、有机硅化合物、合氟表面活性剂等，这些表面活 性剂一般是在表面形成憎水基朝外的吸附层，而使固体表面 能降低。
若表面活性剂的亲水基在固体表面产生化学吸附，而使憎 水基朝外，则这亦有利于降低固体的表面能而使其润湿性降 低，这方面的实例有黄药（黄原酸）在矿物浮选中的应用。 黄药与方铅矿表面发生化学作用。
固体自溶液中的吸附在实际工作中甚为重要。用 活性炭脱色、用离子交换法吸附电解质等，都涉及 固体自溶液中的吸附现象。 溶液吸附多数属物理吸附。溶液中溶剂与溶质在 固体表面吸附的难易取决于它们和表面作用力的强 弱。一般来说，和固体表面性质相近的组分易被吸 附。例如，炭自乙醇和苯的混合液中吸附时苯易被 吸附；若用硅胶，显然乙醇易被吸附。
3、固体的润湿性质
如对可润湿的金属表面，表面经打磨粗化后，可使润湿性变 好（如电镀时需表面充分润湿），而对于不润湿的固体表面， 表面粗化，将使θ变大，润湿变差（对一些 高聚物表面，可通 过粗化使其防水能力提高）。 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°，可润湿，这时 sg sl ，lg 即要求 sg gl ，可见，低表面张力的液体容易润湿高表面能 的固体，考虑到 gl 的数值均在100mN/m以下，常以此为界，将 固体分为两类：
关于阳极效应的一种解释是：当电解质的浓度较大时，电解 质对阳极的润湿性较好，能顺利地把阳极上产生的气泡排挤掉， 因此，不致发生阳极效应，但当电解质浓度较低时，电解质对 阳极的润湿性下降，阳极上产生的气泡不能及时被电解质排挤 掉，于是小气泡逐渐长大粘附在阳极上并成一层气膜。