芬兰Kibron专注表面张力仪测量技术,快速精准测量动静态表面张力

热线:021-66110810,66110819,66110690,13564362870 Email: info@vizai.cn

合作客户/

拜耳公司.jpg

拜耳公司

同济大学

同济大学

联合大学.jpg

联合大学

宝洁公司

美国保洁

强生=

美国强生

瑞士罗氏

瑞士罗氏

当前位置首页 > 新闻中心

基于表面张力方法判断物质(或材料)的亲水性(二)

来源:信息记录材料 浏览 80 次 发布时间:2024-06-04

1.3液-液界面的表面张力和液体亲水性的判断


如前所述,虽然物质极性的强弱可以用以判断其亲水性的强弱,但是在实际中,会遇到一些极性很强而亲水性不是那么明显的物质,或者是一些反应产生的新物质(例如生产版材所需的一些聚合物),那么究竟如何来判断这类物质或者(这里的物质都是液体)的亲水性?生产实践中经常用的一种方法,就是直接实验,拿印刷版材的生产来说,就是直接用材料制作版材,然后进行制版实验来判断亲水性的好坏。毋庸置疑,这样做确实直接的测试了版材这个体系的亲水性,可以说是简单而有效。可是对于生产基础材料的研究者来说,这样的测试对研究材料的亲水性帮助不大,对制作材料的原材料的亲水性的研究也没有帮助。下面本文通过研究液-液界面的表面张力,尝试提出来判断液体的亲水性的方法。


液液界面,顾名思义就是液体之间形成的界面,只要是两种液体不互溶或者说互溶性不好,两者相互接触,就可以而形成的液液界面。根据研究,两种液体,要形成液液界面,通常通过以下三种方式:黏附方式、铺展方式和分散方式。


第一种方式,黏附方式。两种不同的液体,液体A和液体B,互相相接触后,两者和气体形成的表面同时消失,形成液体A和液体B之间的界面,也就是液液界面(AB)的过程,这就是黏附过程。该过程如图2所示。

图2黏附过程


如果液体A和液体B为同一种液体,那么这个黏附过程就称为内聚过程。在内聚的过程中,液体A和液体B液体的表面消失,内聚功(即该过程的黏附功)WAA=γA+γA+γAA,其中γAA为0,WAA=2γA,明显WAA>0,即内聚可以自发进行。


由此可知,当液液界面是黏附方式形成的,那么判断黏附过程自发进行的依据就是黏附功WAB,当WAB>0时黏附过程可以自发进行,也就是说两种液体之间的吸引强度较大。如果两种液体之一(例如A)为水,那么黏附功的大小就可以判断另一种液体(B)亲水性的大小。


此外黏附功的计算式中γAB为A和B的液液界面张力,关于这个界面张力的计算,有多重理论,最简单的一种是Antonoff规则,该规则认为γAB=γA饱和—γB饱和,式子中γA饱和、γB饱和指的是指的是液体A和液体B相互饱和后的表面张力,而不是其各自的表面张力。


第二种方式,铺展方式。在上述的液-固界面的润湿作用,液体在固体表面的铺展也可以引用到液液界面,不过此时的铺展过程复杂一些。比如在清洁的水面上,滴加不溶性“油”滴,此时的“油”在水面上,可能表现出三种不同的状态:


第一种状态,“油”在水面上,形成一层双重膜,也就是形成了液体水与膜的界面,和膜与空气的界面,如此一来,“油”在水面上铺展形成了两个独立界面。


第二种状态,“油”在水面上不铺展,而是呈“透镜”状态。


第三种状态,“油”在水面上,先铺展成单分子膜;多余的“油”,则会呈现“透镜”状态,并且单分子膜与“透镜”保持平衡。


这三种状态如图3所示。

图3铺展过程


其中,WAB代表“油”与水的黏附功;而WBB则是油的内聚功。由此可知,当“油”与水的黏附功比这种“油”的内聚力还强时,“油”就会在水的表面上铺展。参照水在固体表面的铺展,此时可以说此种“油”类的亲水性较好。


第三种方式,分散。分散是指液体A分散到另外一种与之互不相容的液体B中,形成A、B混合物的过程,过程如图4所示。

图4分散过程


由此可知,当液液界面是分散方式形成的,那么判断分散过程自发进行的依据就是分散系数F,当F>0时,分散过程可以自发进行,那么在其他条件相同,可以判断分散过程能够自发进行的物质亲水性好于不能自发进行的物质。


结论


为了能够更加准确地衡量物质(或材料)的的亲水性,本文研究了液-固界面和液-液界面的一些性质,探讨了使用表面张力为主要工具来衡量物质(或材料)的亲水性。相比于简单的使用极性来判断物质(或材料)的亲水性,使用表面张力这一工具能够比较好的标示物质(或材料)的亲水性。表面张力法(标示亲水性)具体应用为:


1、液-固界面,铺展系数S=γg-l(COSθ-1),式子中γg-l,θ都可以测量出来,那么S就可以计算出来。如果若S≥0,说明液体可以在固体表面自动铺展。说明该固体亲水性较好。


2、液-液界面。第一种情况,黏附过程形成的界面,黏附功,γA代表液体A的表面张力;γB分别代表液体B的表面张力;γAB为代表液体A和液体B的液液界面张力,WAB则代表为黏附功,黏附功反映的是不同液体间的相互吸引强度。当WAB>0时,黏附过程可以自发进行。此时该液体的亲水性较好。第二种情况,铺展过程形成的界面,则,S为铺展系数,若S>0,则体系的铺展过程能自发进行。此时该液体的亲水性较好。第三种情况,分散过程形成的液液界面,F=-ΔG=—γAB,F为分散系数,当F>0时,分散过程可以自发进行,那么在其他条件相同,可以判断分散过程能够自发进行的物质亲水性好于不能自发进行的物质。


值得注意的是,与通过极性判断亲水性不同,本文讨论的方法即表面张力法完全是通过实验测定表面张力(和接触角)来判定亲水性,所以本方法依赖于实验多过理论,而且亲水性的强弱可以由数据直观地反应出来,可以说是比较可靠的方法。


基于表面张力方法判断物质(或材料)的亲水性(一)

基于表面张力方法判断物质(或材料)的亲水性(二)