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接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量動(dòng)態(tài)表面張力 1

更新日期:2020-08-19      瀏覽次數(shù):2236
 除了單一組份的純液體(如純水)以外,多組份溶液(包括含有雜質(zhì)或污染物的單組分液體)的表面張力一般都會(huì)在起始階段隨時(shí)間變化,因?yàn)橐坏┬碌谋砻嫘纬珊?,由于表面擁有一個(gè)與體相很不一樣的環(huán)境,導(dǎo)致體系內(nèi)的各種組分的分子開始重新分布、排列和取向,這些過程的進(jìn)行都將伴隨著表面張力值的變化,這個(gè)表面張力隨時(shí)間變化的過程被稱為體系的動(dòng)態(tài)表面張力,γ(t)γ(t)。

所有的多組分體系的表面張力起始時(shí)都是時(shí)間的函數(shù),差異只在于變化的幅度和速度以及持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短:

 

· 變化的幅度:可以從 >0 到 高達(dá)70%以上;

· 持續(xù)的時(shí)間:可以從 幾十分之一毫秒 幾小時(shí)甚至幾天。

 

對(duì)于一些變化幅度很小或者變化的速度很快的體系,并非用一般的測(cè)量方法都能測(cè)量到這一變化過程,所以這些體系的表面張力 “似乎“ 立即就達(dá)到平衡值。但對(duì)于含有表面活性劑的溶液,其變化一般都相當(dāng)明顯:當(dāng)新的表面形成后,隨著表面活性劑分子從體相擴(kuò)散(或?qū)α鳎┑奖砻?,在表面被?yōu)先吸附,并進(jìn)行排列、取向和松弛,表面張力會(huì)發(fā)生較大幅度的變化(下降),直到后達(dá)到平衡、表面張力值不再發(fā)生變化為止。這一過程的速度或所需的時(shí)間取決于體系的本質(zhì),在很大程度上與表面活性劑屬性有關(guān),是衡量表面活性劑性能的重要參數(shù)。在涉及表面活性劑應(yīng)用的許多領(lǐng)域,如噴灑即擦拭(spray and wipe),車輛清洗,噴涂,植物保護(hù)劑的撒布,高速印刷等過程中,靜態(tài)(平衡)表面張力值其實(shí)沒有多大的意義,因?yàn)檫^程進(jìn)行的速度很快,給予表面活性劑發(fā)揮其效果的時(shí)間相當(dāng)有限,更重要的是知道使用的表面活性劑在不同的作用時(shí)間階段所能達(dá)到的效果,這就要通過測(cè)量這些體系的動(dòng)態(tài)表面張力來獲得。

 

對(duì)非單組分的液體,尤其對(duì)含有表面活性物質(zhì)或雜質(zhì)的溶液或液體體系,只是籠統(tǒng)地給出一個(gè)表/界面張力的值其實(shí)是不充分的,應(yīng)該至少同時(shí)說明測(cè)量的方法,測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的表/界面壽命(surface/interface age),以及是否屬于終的平衡值等。更完整的信息則包含在體系的動(dòng)態(tài)表面張力(與時(shí)間)的變化曲線,γ(t)γ(t),中。

在當(dāng)前可供選擇的一些表面/界面張力測(cè)量方法中,非常適合測(cè)量液體動(dòng)態(tài)表面張力的測(cè)量方法有振蕩射流法(Oscillating Jet),大氣泡壓力法(Maximum Bubble Pressure Method, MBPM),和懸滴法 (Pendent Drop Method)。振蕩射流法雖然可以用來測(cè)量時(shí)間范圍非常短暫/短促的動(dòng)態(tài)過程,但目前還沒有商品化的儀器供應(yīng)。大氣泡壓力法(MBPM)是被普遍用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)量的方法,但它不適合于動(dòng)態(tài)界面張力的測(cè)量。另外雖然在短時(shí)間段(short time period),大氣泡壓力法可以測(cè)量到表面壽命(surface age)短暫至約10ms的數(shù)值,但它可以測(cè)量的長(zhǎng)時(shí)間范圍大約在幾十秒左右,此時(shí)仍有相當(dāng)多的表面活性劑體系還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未到達(dá)平衡狀態(tài)。大氣泡壓力法的一些不足之處還包括方法的可重復(fù)性較差,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些假(fake)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),比如純水的明顯偏高的動(dòng)態(tài)表面張力值。

與Z大氣泡壓力法相比,采用懸滴法的動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)量的短起始?jí)勖s在0.05-0.1秒,但它沒有長(zhǎng)時(shí)間范圍的限制,可以持續(xù)幾小時(shí)甚至幾天。另外懸滴法是所有方法中較適合測(cè)量動(dòng)態(tài)界面張力的技術(shù)。懸滴法的數(shù)值準(zhǔn)確性和可靠性也是所有方法中Z高的。
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