Смачивание, смачивающие агенты, гидрофобизация, гидрофобизирующие агенты

Косвенный метод определения краевого угла состоит в измерении капиллярного поднятия жидкости у вертикально расположенной пластинки. Твердую пластинку располагают вертикально и приводят в контакт с жидкостью, затем измеряют высоту мениска h. Краевой угол рассчитывают по уравнению

где P — разность плотностей водной и газово

й фаз, h — высота поднятия мениска. Метод оказался особенно эффективным для измерений краевых углов в зависимости от скорости продвижения и отступления мениска, а также для изучения влияния температуры на краевые углы.

Рис. 13. Зависимость краевого угла от времени для четырех различных материалов с примерно одинаковой свободной поверхностной энергией, но различающихся по транспортным свойствам

Рис. 14. Метод капиллярного поднятия используется для измерения краевого угла

Измерение краевых углов — это не очень простая процедура, как это может показаться на первый взгляд. Независимо от метода измерения могут возникать следующие осложнения.

1. Только немногие поверхности твердых тел можно считать достаточно плоскими. Углы, которые образует межфазная поверхность флюид-флюид с твердой поверхностью в отдельных точках твердой поверхности, напрямую зависят от ее макроскопической геометрии. Шероховатости поверхности, размер которых влияет на измерения краевых углов, можно наблюдать с помощью сканирующей электронной микроскопии.

2. Включение низкоэнергетических доменов в высокоэнергетические поверхности сильно влияет на краевой угол. Таким примером могут служить жировые загрязнения на поверхности стекла.

3. Для измерения точных значений краевых углов контактирующие фазы должны находиться в равновесии, что выполняется не всегда по следующим причинам:

- впитывание жидкости в приповерхностную зону твердого тела;

- переориентация поверхностных групп твердого тела, в частности полярных групп при контакте с водой.

На практике условия, при которых измеряются краевые углы, далеки от идеальных. В большинстве случаев наблюдаемые контактные углы сильно зависят от того, наступает ли жидкость на сухую поверхность или отступает от смоченной поверхности. В этом случае наблюдается гистерезис краевого угла. Гистерезис краевого угла всегда весьма значителен при смачивании шероховатых или загрязненных поверхностей.

Рис. 15. На шероховатой поверхности можно измерить различные значения краевого угла

Многие поверхности одновременно являются и шероховатыми, и гетерогенными; на таких поверхностях необходимо измерять краевые углы и натекания, и оттекания. Для измерений гистерезиса краевых углов более всего подходит метод с использованием пластинки Вильгельми.

В целом можно сделать заключение, что на гетерогенной поверхности краевой угол натекания есть мера смачиваемости низкоэнергетической части поверхности, а угол обтекания в большей мере характеризует высокоэнергетическую часть поверхности.

 Скачать реферат