第七章-液體對(duì)固體的潤濕作用

潤濕的類型

潤濕是一種流體從固體表面置換另一種流體的過程。最常見的潤濕現(xiàn)象是一種液體從固體表面置換空氣，如水在玻璃表面置換空氣而展開。在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)需要液固之間潤濕性很好，有時(shí)則相反。如紙張，用做濾紙時(shí)，要求水對(duì)其潤濕性好；包裝水泥用的牛皮紙，則因水泥需要防水，要求水對(duì)其不潤濕。1930年Osterhof和Bartell把潤濕現(xiàn)象分成沾濕、浸濕和鋪展三種類型。第六章液體對(duì)固體的潤濕作用

沾濕沾濕：將氣液界面與氣固界面變?yōu)橐汗探缑娴倪^程。沾濕引起體系自由能的變化為：

式中，γls，γgs和γgl分別為單位面積固一液、固一氣和液一氣的界面張力。

沾濕的實(shí)質(zhì)是液體在固體表面上的粘附，沾濕的粘附功Wa為

從式知γsl越小，則Wa越大，液體越易沾濕固體。若Wa≥0，則ΔG≤0，沾濕過程可自發(fā)進(jìn)行。浸濕浸濕是將固體完全浸入到液體中的過程，如將衣服浸泡在水中。浸濕過程引起的體系自由能的變化為

如果用浸潤功Wi來表示，則是

若Wi≥0，則ΔG≤0，過程可自發(fā)進(jìn)行。Wi越大，則液體在固體表面上取代氣體的能力愈強(qiáng)。鋪展置一液滴于一固體表面。恒溫恒壓下，若此液滴在固體表面上自動(dòng)展開形成液膜，則稱此過程為鋪展?jié)櫇?。體系自由能的變化為或S稱為鋪展系數(shù)，S>0是液體在固體表面上自動(dòng)展開的條件。

SVL圖液體在固體表面的鋪展注意:上述條件均是指在無外力作用下液體自動(dòng)潤濕固體表面的條件。有了這些熱力學(xué)條件，即可從理論上判斷一個(gè)潤濕過程是否能夠自發(fā)進(jìn)行。但實(shí)際上卻遠(yuǎn)非那么容易，上面所討論的判斷條件，均需固體的表面自由能和固一液界面自由能，而這些參數(shù)目前尚無合適的測(cè)定方法，因而定量地運(yùn)用上面的判斷條件是有困難的。盡管如此，這些判斷條件仍為我們解決潤濕問題提供了正確的思路。

接觸角和Young方程將液滴（L）放在一理想平面（S）上如果有一相是氣體，則接觸角是氣一液界面通過液體而與固一液界面所交的角。1805年，Young指出，接觸角的問題可當(dāng)作平面固體上液滴受三個(gè)界由張力的作用來處理。當(dāng)三個(gè)作用力達(dá)到平衡時(shí)，應(yīng)有下面關(guān)系

或這就是著名的Young方程。式中γsg和γlg是與液體的飽和蒸氣成平衡時(shí)的固體和液體的表面張力（或表面自由能）。

SgLθγsgγlgγsl液滴在固體表面的接觸角接觸夸角是謙實(shí)驗(yàn)炸上可趙測(cè)定洋的一翠個(gè)量談。有拼了接宰觸角糠的數(shù)方值，曠代入緣瑞潤濕衡過程評(píng)的判婆斷條侵件式姑，即鋒可得吉：粘濕夢(mèng)：浸濕澤：鋪展貧：其中睬，θ=低0或不厘存在蠶，S≥柄0。根據(jù)襯上面報(bào)三式陶，通盤過液匆體在鍋固體吸表面叼上的暈接觸低角即泡可判肌斷一善種液術(shù)體對(duì)蠢一種滅固體疫的潤裝濕性鵝能。從上詳面的儲(chǔ)討論梨可以高看出語，對(duì)氏同一截對(duì)液意體和坐固體哀，在向不同鵝的潤必濕過驢程中狡，其忘潤濕稍條件嗎是不鵲同的皆。實(shí)用拉時(shí)，樣通常谷以900為界那：θ>9勿00，不預(yù)潤濕插；θ<9搭00，潤個(gè)濕；θ=00，或巾不存句在時(shí)股，鋪忽展；接觸史角的帶測(cè)定躺滴毫或貼睡泡法直接歡觀測(cè)妻處在廣固體艦平面廁上的這液滴肚或貼儉泡外語形，污再用派量角噸器測(cè)θ角。滴液滴雞或貼勵(lì)泡的濱外形倡也可聽投影仔或攝閃像后字，在據(jù)照片箭上直贈(zèng)接測(cè)告量θ角。斜板家法當(dāng)固歇體平滋板插摔入液愉體中句，在營三相抹交界殲處會(huì)套保持努一定脂的接靈觸角慢。改蠅變插辛入的購角度濟(jì)，直枕到液或面與驕平板勺接觸弄之處惜一點(diǎn)其也不削彎曲糕，此照時(shí)板兵面與湖液面畜之間燥的夾孔角為練接觸叨角。光反泄射法用強(qiáng)舟的光錦源通凝過狹犧縫，醬照射容到三婚相交線界處詠，改掠變?nèi)肫ド涔馔岬姆皆缦?，佩?dāng)反卻射光內(nèi)剛好核沿著羞固體趁表面宅發(fā)出醬時(shí)，陪可以處根據(jù)掉入射完光與璃反射購光的惱夾角2計(jì)算霸接觸望角。非理室想固渣體表婦面上匙的接歉觸角一般答固體藝表面麻，由抽于：（l）固體鎖表面獎(jiǎng)本身順或由協(xié)于表撐面污侍染（乞特別窮是高仍能表篇面）剖，固用體表脹面在往化學(xué)懇組成麥上往快往是純不均能一的嫩；（2）因近原子執(zhí)或離效子排冶列的背緊密栽程度喊不同代，不膽同晶彩面具忘有不孝同的脅表面?zhèn)渥杂擅磕埽荒考词乖嵬豢烤鎰?，因面表面禾的扭綢變或久缺陷王，其遭表面盛自由喇能亦伏可能航不同塑；（3）表從面粗壩糙不礎(chǔ)平等腳原因招，一械般實(shí)燭際表撥面均澡不是詞理想先表面忙，給峰接觸枝角的在測(cè)定掏帶來鵲極大團(tuán)的困幅難。本節(jié)婆主要鮮討論似表面它粗糙枝度對(duì)誦接觸恨角的篇影響奪。表面錯(cuò)粗糙輔度的奸影響將一但液滴賣置于籠一粗繭糙表紗面，有或此即We已nz渡e1方程睛，是We譜nz文el于19問36年提扣出來景的。稍式中r被稱桐為粗耗糙因棵子，瀉也就壤是真做實(shí)面晴積與舒表觀長面積豬之比撿；θ’為某僑種液遷體在單粗糙大表面辮上的野表觀絹接觸建角。如果倚將式與竹接觸合角計(jì)組算公仇式比隸較，嗚可得對(duì)于辰粗糙赴表面志，r總是毅大于1。因此映：（1）θ＜90鞠°時(shí)，θ’＜θ，即在販潤濕蠶的前輩提下速，表梢面粗襲糙化衣后θ’變小餓，更問易為祝液體羨所潤喪濕。（2）θ＞90烘°時(shí)，θ’＞θ，即在膝不潤涂濕的替前提蟲下，刻表面柳粗糙懇化后θ’變大區(qū)，更澡不易緣瑞為液瞧體所繩潤濕旅。大多賠數(shù)有灶機(jī)液逐體在煎拋光愁的金揉屬表終面上眼的接配觸角品小于90?！?，因他而在孕粗糙塊金屬副表面作上的們表觀跳接觸碌角更甲小。高純水俱在光鍛滑石極蠟表徹面上順接觸佳角在10悠5°轉(zhuǎn)~1較10辯°之間巴，但也在粗補(bǔ)糙的道石蠟瘡表面貌上，膛實(shí)驗(yàn)駐發(fā)現(xiàn)θ’可高饑達(dá)14掏0°。注意墓：We夾nz球el方程牽只適鹽用于病熱力差學(xué)穩(wěn)脖定平漸衡狀基態(tài)。固體改表面恨的潤納濕性遼和臨下界表圈面張注力低能稠表面浮與高濫能表銜面從潤挪濕方顛程來根看，跨只有般固體慈表面岡能足趕夠大反才能極被液屆體所蹈潤濕色，要適使接講觸角魄為零隱，則rgs必須泡等于芽或大瓣于rls與rgl之和域。rgs雖不客易得巨到，徹但可季以肯糞定rgs必須陳大于rgl才有撓被該趁液體責(zé)潤濕短的可砍能。一般暑常用振液體胡的表距面張務(wù)力都掙在10晨0m砌N.愉m-1以下型，便戰(zhàn)以此癢為界瞧將固允體分赤為兩購類：振一類叔是高調(diào)能表毅面，攀其表蛙面能域高于10輛0m徑N.繭m-1的固鄉(xiāng)豐體；心另一紡類是撫低能暴表面戀，其番表面監(jiān)能低劃于10株0m方N.渾m-1的固世體。一般疑無機(jī)掃固體筑，如極金屬狹及其壤氧化碧物，脖硫化伍物鹵該化物扮及各餓種無繳機(jī)鹽墾的表邪面能繳較大激，屬還高能味表面迷。它綁們與狐一般匆液體比接觸漁后，等體系穩(wěn)自由貝能有噴較大新的降浙低，鳥能為通這些篩液體悄潤濕瞎。一般爬有機(jī)幻玉固體蹦和高您聚物大，其頁表面探能與哲一般幼的液鼻體大峽致相膠當(dāng)，喜甚至濁更低慮，屬時(shí)于低役能表灶面。低能束表面干的潤抖濕性高分愿子聚寇合物偶一般項(xiàng)屬低撕能表罩面。顏高分王子固寒體的森潤濕阿性與盤其分瘋子中淡的元營素組寫成有籌關(guān)?；衷谔紨[氫鏈北中含跳有其鞭它雜螞原子唱時(shí)，申潤濕塊性能乒改變鑄。如盆加入薪氟原客子時(shí)中，潤壓濕性疾降低打。各庭種雜歇原子杯增加驅(qū)固體虜可潤妥濕性辯的能所力大弱致次窩序如歇下：F<閑H<Cl<B吊r<餡I<艱O<沙N表面顆活性倡劑對(duì)項(xiàng)固體涂表面柿潤濕搬性的駁影響表面豎活性認(rèn)劑對(duì)冠固體眼表面塌潤濕課性的猾影響蠟取決抓于表印面活隙性劑杏分子圾在液普固界感面上據(jù)定向歇吸附扣的狀疏態(tài)和灑吸附棟量。高能矮表面政轉(zhuǎn)化醋為低學(xué)能表旋面表面援活性盒劑的讀極性歸基向們著高奮能表協(xié)面，冒非極趨性基舟向外四的方顫式形劑成定畏向排詢列的賤吸附蠶膜，貼于是松高能杜表面桶變成之低能媽表面河。低能伯表面標(biāo)轉(zhuǎn)化典為高勿能表屆面與前罩相反定。潤濕閃劑能促御使液稈體潤彩濕固醫(yī)體或蹄加速石液體控潤濕揭固體勺的表張面活遣性劑記稱為傲潤濕避劑。潤濕躁劑能粒改善教潤濕蛛作用覺，其藝原因蓮是它塊能降誘低液當(dāng)體的蜘表面盞張力鼻和固嚷液界民面張?jiān)捔?，活?jù)潤最濕方養(yǎng)程可附以定扯性判酒斷接調(diào)觸角聯(lián)會(huì)變捏小，迷從而逝改善賽潤濕店性能記。能作鳳為潤地濕劑榮的大辟多是吧陰離焦子型弊和非透離子敘型表沾面活云性劑技。一劃般不萄使用其陽離站子表冰面活遠(yuǎn)性劑當(dāng)，因強(qiáng)為大疏多數(shù)霞固體脹在溶騙液中暖常常脾帶負(fù)隔電荷厚，表黨面活俱性劑敬陽離霧子與別表面貍強(qiáng)烈如的電蜜性作尸用，獎(jiǎng)往往照會(huì)使算得表樂面活獵性劑撈尾端追向著形水而帽變成紋疏水騾表面皇。用做拖潤濕輕劑的寒陰離料子表搏面活影性劑箭的分嘉子結(jié)古構(gòu)特保點(diǎn)疏水茶基支屢鏈化逢程度突高，奇極性己基位頑于分焰子中鉤部，虎有利棟于提姿高潤恰濕能鼠力。直鏈叢的表毀面活幅性劑詠，濃干度很齡低時(shí)闊碳?xì)渎℃溳^涌長的廁比較使短的膨化合滾物能基更好敗地改易善潤純濕作章用。忠但濃撇度高絹時(shí)，丸短鏈負(fù)的更瞞有效抓。在分賊子中評(píng)引入拉第二課個(gè)親暖水性乞基或閃親水適基團(tuán)鞠，一康般對(duì)賊潤濕賺不利慚。常用算的潤辜濕劑陰離圾子表膏面活刷性劑嫩：烷基統(tǒng)硫酸礦鹽，板如十育二烷壇基硫五酸鈉霉；烷畢基磺閣酸鹽繡；烷躺基苯驅(qū)磺酸輸鹽；因烷基露萘磺娘酸鹽企等非離譽(yù)子表板面活赴性劑扔：含有扁適當(dāng)丸數(shù)目寬的聚割氧乙妄烯脂蠻肪醇脫、硫串醇；港壬基伸酚聚范氧乙感烯醚鏡、山譽(yù)梨醇圾脂肪耳酸酯臘等。潤濕坡作用餃的應(yīng)穴用洗滌洗滌判劑的宣作用一方丙面，產(chǎn)降低歉水的蜂表面昂張力喬，改掩善水模對(duì)洗底滌物吊表面賭的潤動(dòng)濕性蛾，從愉而去愁除固閉體表傭面的碧污垢戰(zhàn)。另一濁方面朋是洗灶滌劑褲對(duì)油句污的泰分散篩和懸絮浮作過用，菠也就廁是使烏從固議體表?xiàng)壝婷撛闺x下葬來能纖很好膏地分燈散在批洗滌固介質(zhì)廳中，括不再哥沉積晉在固塘體表綢面。葛洗滌茂劑具計(jì)有乳他化能麻力，摩能將紡從物礦品表植面脫鼓落下非來的絲式液體認(rèn)油污他乳化屑成小掠液滴惜而分別散、脂懸浮縮慧于水弦中。己陰離浙子表掀面活歪性劑預(yù)不僅遞能使荷油-水界險(xiǎn)面帶塔電而巧阻止頭油珠遙的聚綠結(jié)，趨而且精還能睬使已扒進(jìn)入濁水相脖的固神體污夢(mèng)垢表沾面帶騎電，攜防止思其重蔬新沉宮積在霜固體脈表面惠。非游離子冤