Концепция критического поверхностного натяжения твердых тел
Материалы / Смачивание, смачивающие агенты, гидрофобизация, гидрофобизирующие агенты / Концепция критического поверхностного натяжения твердых тел

Возможность растекания определенной жидкости по определенной подложке зависит от природы как жидкости, так и твердого тела. При изучении смачивания важно знать соответствующие характеристики подложки. Однако определить поверхностное натяжение или свободную поверхностную энергию твердого тела прямыми методами нельзя. Для этой цели обычно используется подход Зисмана. Он ввел полезное понятие низкоэнергетических поверхностей в соответствии с их смачиваемостью. Для многих серий жидкостей в контакте с твердыми телами показано, что краевой угол уменьшается с уменьшением поверхностного натяжения жидкости. В гомологическом ряду неполярных жидкостей и при их контакте с одним и тем же твердым телом увеличение cos с уменьшением поверхностного натяжения жидкости происходит линейно.

Критическое поверхностное натяжение жидкости ус определяется как точка, в которой прямая, выражающая зависимость cos от поверхностного натяжения жидкостей, пересекает линию нулевого краевого угла, т. е. линию, соответствующую полному смачиванию. На рис. 4 ус = 5 мН/м. Теоретически все жидкости, поверхностное натяжение которых г LG равно или ниже ус, должны растекаться по этой поверхности. Однако на практике ус не является постоянной величиной для данного твердого тела, а несколько меняется в зависимости от природы жидкости.

Такие закономерности часто проявляются при смачивании низкоэнергетических поверхностей. Даже в случае негомологичных жидкостей зависимость cos от ус хорошо аппроксимируется прямой линией. Однако эта линия может искривляться в случае образования водородных связей между молекулами жидкости и молекулами на поверхности твердого тела.

Построение графика Зисмана является относительно прямым способом определения критического поверхностного натяжения. Метод получил широкое распространение для оценки свободной поверхностной энергии низкоэнергетических твердых тел. В таблице 1 приведены значения критического поверхностного натяжения ряда обычных полимеров, а в табл. 2 — соответствующие значения для разных функциональных групп. Данные в табл. 2 были рассчитаны на основе большого числа экспериментально определенных значений ус для полимеров.

Рис. 4. Зависимость Зисмана для и-алканов на политетрафторэтилене

Как видно из табл. 2, величина ус для твердых тел характеризует молекулярный состав поверхности. Поверхности с наименьшими значениями ус и, следовательно, с наименьшими поверхностными энергиями состоят из плотноупакованных групп CF3. Замена одного атома фтора на атом водорода приводит к заметному возрастанию величины ус. Низкое значение ус указывает, как правило, на низкую адгезию жидкостей к поверхностям, содержащим трифторметильные группы. Из таблицы 2 можно также заключить, что СНз-группы характеризуются очень малыми значениями ус по сравнению с СН2-группами. Отсюда следует, что поверхности с высоким содержанием метальных групп должны иметь низкие поверхностные натяжения, что соответствует действительности. Наиболее распространенное силиконовое масло полидиметилсилоксан служит наилучшим примером такой поверхности, обогащенной метальными группами.

Смотрите также

Методы исследования биологически активных соединений
...

Платина (Platinum), Pt
Бедность платиновых руд, отсутствие крупных месторождений и отсюда очень высокая стоимость металла в значительной степени ограничивают практическое применение платины. Платина весьма редко встречается ...

Комплексные металлоорганические катализаторы
...