第七章液体对固体的润湿作用ppt课件.ppt

润湿的类型
润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气而展开。
在日常生活及工农业生产中，有时需要液固之间润湿性很好，有时则相反。如纸张，用做滤纸时，要求水对其润湿性好；包装水泥用的牛皮纸，则因水泥需要防水，要求水对其不润湿。
1930年Osterhof和Bartell把润湿现象分成沾湿、浸湿和铺展三种类型。沾湿
沾湿：将气液界面与气固界面变为液固界面的过程。
沾湿引起体系自由能的变化为：

式中，γls，γgs和γgl分别为单位面积固一液、固一气和液一气的界面张力。沾湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附功Wa为

从式知γsl越小，则Wa越大，液体越易沾湿固体。若Wa≥0，则ΔG≤0，沾湿过程可自发进行。浸湿
浸湿是将固体完全浸入到液体中的过程，如将衣服浸泡在水中。
浸湿过程引起的体系自由能的变化为

如果用浸润功Wi来表示，则是

若Wi≥0，则ΔG≤0，过程可自发进行。Wi越大，则液体在固体表面上取代气体的能力愈强。铺展
置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。体系自由能的变化为

或
S称为铺展系数，S>0是液体在固体表面上自动展开的条件。

S接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润湿过程的判断条件式，即可得：
粘湿：

浸湿：

铺展：

其中，θ=0或不存在，S≥0。

根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能。从上面的讨论可以看出，对同一对液体和固体，在不同的润湿过程中，其润湿条件是不同的。

实用时，通常以900为界：
θ>900，不润湿；
θ<900，润湿；
θ=00，或不存在时，铺展；接触角的测定斜板法
当固体平板插入液体中，在三相交界处会保持一定的接触角。改变插入的角度，直到液面与平板接触之处一点也不弯曲，此时板面与液面之间的夹角为接触角。光反射法
用强的光源通过狭缝，照射到三相交界处，改变入射光的方向，当反射光刚好沿着固体表面发出时，可以根据入射光与反射光的夹角2计算接触角。
非理想固体表面上的接触角
一般固体表面，由于：
（l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面），固体表面在化学组成上往往是不均一的；
（2）因原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有不同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺陷，其表面自由能亦可能不同；
（3）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想表面，给接触角的测定带来极大的困难。
本节主要讨论表面粗糙度对接触角的影响。表面粗糙度的影响
将一液滴置于一粗糙表面，
有

或

此即Wenze1方程，是Wenzel于1936年提出来的。式中r被称为粗糙因子，也就是真实面积与表观面积之比；θ’为某种液体在粗糙表面上的表观接触角。如果将式与接触角计算公式比较，可得

对于粗糙表面，r总是大于1。
因此：
（1）θ＜90°时，θ’＜θ，即在润湿的前提下，表面粗糙化后θ’变小，更易为液体所润湿。
（2）θ＞90°时，θ’＞θ，即在不润湿的前提下，表面粗糙化后θ’变大，更不易为液体所润湿。
大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于90°，因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水在光滑石蜡表面上接触角在105°~110°之间，但在粗糙的石蜡表面上，实验发现θ’可高达140°。
注意：Wenzel方程只适用于热力学稳定平衡状态。固体表面的润湿性和临界表面张力一般无机固体，如金属及其氧化物，硫化物卤化物及各种无机盐的表面能较大，属高能表面。它们与一般液体接触后，体系自由能有较大的降低，能为这些液体润湿。
一般有机固体和高聚物，其表面能与一般的液体大致相当，甚至更低，属于低能表面。
低能表面的润湿性
高分子聚合物一般属低能表面。高分子固体的润湿性与其分子中的元素组成有关。在碳氢链中含有其它杂原子时，润湿性能改变。如加入氟原子时，润湿性降低。各种杂原子增加固体可润湿性的能力大致次序如下：
F<H<Cl<Br<I<O<N表面活性剂对固体表面润湿性的影响润湿剂用做润湿剂的阴离子表面活性剂的分子结构特点常用的润湿剂润湿作用的应用液体污垢的去除
液体污垢的去除是通过卷缩机理进行的。液体污垢原来是以一铺开的油膜存在于表面的，在洗涤剂优先润湿作用下，逐渐卷缩成为油珠，最后冲洗以至离开表面。
rso=rsw+rwocosθ
rso、rsw、rwo分别为油-水、固体-水、固体-油的表面张力。
如在水溶液中加入表面活性剂，由于表面活性剂易于在固体及油面上吸附，rsw、rwo降低，为了维持新的平衡，cosθ值必须变大，即将大于900变为小于900，甚至接近于零，铺展的油污逐渐发生卷缩，再在机械