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接触角测量仪测量动态表面张力 1

发布日期:2020-08-19      浏览次数:106
 除了单一组份的纯液体(如纯水)以外,多组份溶液(包括含有杂质或污染物的单组分液体)的表面张力一般都会在起始阶段随时间变化,因为一旦新的表面形成后,由于表面拥有一个与体相很不一样的环境,导致体系内的各种组分的分子开始重新分布、排列和取向,这些过程的进行都将伴随着表面张力值的变化,这个表面张力随时间变化的过程被称为体系的动态表面张力,γ(t)γ(t)。

所有的多组分体系的表面张力起始时都是时间的函数,差异只在于变化的幅度和速度以及持续时间的长短:

 

· 变化的幅度:可以从 >0 到 高达70%以上;

· 持续的时间:可以从 几十分之一毫秒 几小时甚至几天。

 

对于一些变化幅度很小或者变化的速度很快的体系,并非用一般的测量方法都能测量到这一变化过程,所以这些体系的表面张力 “似乎“ 立即就达到平衡值。但对于含有表面活性剂的溶液,其变化一般都相当明显:当新的表面形成后,随着表面活性剂分子从体相扩散(或对流)到表面,在表面被优先吸附,并进行排列、取向和松弛,表面张力会发生较大幅度的变化(下降),直到最后达到平衡、表面张力值不再发生变化为止。这一过程的速度或所需的时间取决于体系的本质,在很大程度上与表面活性剂属性有关,是衡量表面活性剂性能的重要参数。在涉及表面活性剂应用的许多领域,如喷洒即擦拭(spray and wipe),车辆清洗,喷涂,植物保护剂的撒布,高速印刷等过程中,静态(平衡)表面张力值其实没有多大的意义,因为过程进行的速度很快,给予表面活性剂发挥其效果的时间相当有限,更重要的是知道使用的表面活性剂在不同的作用时间阶段所能达到的效果,这就要通过测量这些体系的动态表面张力来获得。

 

非单组分的液体,尤其对含有表面活性物质或杂质的溶液或液体体系,只是笼统地给出一个表/界面张力的值其实是不充分的,应该至少同时说明测量的方法,测量值所对应的表/界面寿命(surface/interface age),以及是否属于最终的平衡值等。更完整的信息则包含在体系的动态表面张力(与时间)的变化曲线,γ(t)γ(t),中。

在当前可供选择的一些表面/界面张力测量方法中,非常适合测量液体动态表面张力的测量方法有振荡射流法(Oscillating Jet),最大气泡压力法(Maximum Bubble Pressure Method, MBPM),和悬滴法 (Pendent Drop Method)。振荡射流法虽然可以用来测量时间范围非常短暂/短促的动态过程,但目前还没有商品化的仪器供应。最大气泡压力法(MBPM)是被普遍用来进行动态表面张力测量的方法,但它不适合于动态界面张力的测量。另外虽然在短时间段(short time period),最大气泡压力法可以测量到表面寿命(surface age)短暂至约10ms的数值,但它可以测量的最长时间范围大约在几十秒左右,此时仍有相当多的表面活性剂体系还远远未到达平衡状态。最大气泡压力法的一些不足之处还包括方法的可重复性较差,有时会产生一些假(fake)动态数据,比如纯水的明显偏高的动态表面张力值。

与Z大气泡压力法相比,采用悬滴法的动态表面张力测量的最短起始寿命约在0.05-0.1秒,但它没有最长时间范围的限制,可以持续几小时甚至几天。另外悬滴法是所有方法中较适合测量动态界面张力的技术。悬滴法的数值准确性和可靠性也是所有方法中Z高的。
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