材料界面化學(xué)與改性-4界面.ppt

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1、東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)化工系材料界面化學(xué)與改性第1章緒論第2章液體表面第3章固體表面第4章固-液界面第5章表面活性劑第6章高分子材料的表界面第7章高聚物的表面改性第8章復(fù)合材料的界面第9章表界面分析技術(shù)材料界面化學(xué)與改性目錄第4章界面(interface)本章目錄4.1固--液界面4.2固--固界面4.3液--液界面1楊氏(Young)方程和接觸角2Young---Dupre公式3接觸角測(cè)定方法4接觸角滯后現(xiàn)象5固體表面的潤濕性質(zhì)6動(dòng)潤濕與動(dòng)接觸4.1固--液界面本節(jié)目錄4.1.1潤濕現(xiàn)象4.1.2固液界面吸附作用

2、潤濕動(dòng)畫不潤濕動(dòng)畫1.接觸角與楊氏方程4.1.1潤濕現(xiàn)象在氣、液、固三相交界點(diǎn)，氣-液與液-固界面張力之間的夾角稱為接觸角(contactangle)，通常用q表示。若接觸角大于90°，說明液體不能潤濕固體，如汞在玻璃表面；若接觸角小于90°，液體能潤濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。接觸角的大小可以用實(shí)驗(yàn)測(cè)量，也可以用公式計(jì)算：楊氏(YoungT)方程楊氏(YoungT)方程沾濕(adhension)過程是氣-固和氣-液界面消失，形成液-固界面的過程。浸濕(immersion)是將固體浸入液體，氣-固界面完全被液-固界面取代的過程。潤

3、濕是固體表面上的氣體被液體取代的過程。潤濕的分類：鋪展(spreading)是少量液體在固體表面上自動(dòng)展開，形成一層薄膜的過程。S稱為鋪展系數(shù)。液體在固體表面上鋪展的必要條件為S≥0。S越大，鋪展性能越好。若S＜0，則不能鋪展。習(xí)慣上人們更常用接觸角來判斷液體對(duì)固體的潤濕：把θ＜90°的情形稱為潤濕；θ＞90°時(shí)稱為不潤濕；θ=0°或不存在時(shí)稱為完全潤濕。公式推導(dǎo)問題：未考慮重力影響和垂直分力但是可以允許2Young---Dupre公式(2)(3)上式稱為Young---Dupre公式，此式將粘附功與接觸角聯(lián)系起來了。接觸角越小，粘

4、附功越大，潤濕性越好(1)角度測(cè)量法－－應(yīng)用最廣，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄍ队胺〝z影法顯微量角法斜板法光點(diǎn)反射法－－可測(cè)纖維接觸角(2)滴停法－－光滑，均勻，水平的固體表面，小液滴3接觸角測(cè)定方法媒體資源1媒體資源2(3)吊片法－－光滑，均勻的固體薄片吊片法(4)電子天平法－－可測(cè)定纖維，塑料細(xì)管等的接觸角如果液體完全潤濕，有(4)電子天平法－－可測(cè)定纖維，塑料細(xì)管等的接觸角如果液體完全潤濕，有(4)電子天平法－－可測(cè)定纖維，塑料細(xì)管等的接觸角如果液體潤濕，有(4)電子天平法－－可測(cè)定纖維，塑料細(xì)管等的接觸角m-潤濕t時(shí)刻增重量W1－平衡總

5、增重量H－纖維填充高度η－浸潤液粘度Wf－纖維填充質(zhì)量AS,p－纖維比表面ρ1－液體密度σl1－液體表面張力接觸角測(cè)定應(yīng)注意兩點(diǎn)：平衡溫度一些體系接觸角的溫度系數(shù)液固界面取代氣固界面與氣固界面取代液固界面后形成的接觸角不等的現(xiàn)象。前進(jìn)角與后退角－－如圖表面不均勻時(shí)，滴加液體，接觸角變大，稱為前進(jìn)角；移出液體，接觸角變小，為后退角。前進(jìn)角后退角在斜板上的液滴4.接觸角滯后現(xiàn)象舉例：一些液體在纖維素上的前進(jìn)角與后退角4.接觸角滯后現(xiàn)象原因⑴表面不均勻前進(jìn)角一般反映與液體親和力弱的那部分固體表面；而后退角反映與液體親和力較強(qiáng)的那部分固體表

6、面。4.接觸角滯后現(xiàn)象原因⑵表面組糙度；⑶表面污染4.接觸角滯后現(xiàn)象高能表面：σ－－幾百～幾千mN/m2金屬及其氧化物，硫化物，無機(jī)鹽等低能表面：σ－－100～25mN/m2有機(jī)固體與高聚物5.高能與低能固體表面Zisman等對(duì)同系物有機(jī)液體在高聚物上的接觸角進(jìn)行了廣泛研究，得到如下公式；上式表明：同系物液體對(duì)于同一固體的接觸角隨液體表面張力降低而變小。如以cosθ對(duì)σlg作圖，可得一條直線，將直線延長至cosθ＝1處，可得到一個(gè)σlg值。(如圖)這個(gè)值稱為臨界表面張力σC低能表面(<100mN/m2)σC是固體的一個(gè)特征量其物理意

7、義是：在該同系物液體中，凡是表面張力大于σC的物質(zhì)都不能在固體表面上鋪展，只有σlg<σC的液體才能在固體表面上鋪展。若用非同系物液體，cosθ對(duì)σlg作圖通常是一條窄帶（也可能是直線），其下限為σC。σC顯然，σC越小，能在固體表面張上鋪張的液體就越少，這種固體的潤濕性也越差。低能表面(<100mN/m2)低能表面(<100mN/m2)聚合物的臨界表面張力1、固體的潤濕性質(zhì)與分子的極性有關(guān)；在各類碳?xì)浜吞挤衔镏校瑯O性化合物的可潤濕性顯著優(yōu)于相應(yīng)的完全非極性物質(zhì)；2、高分子的潤濕性質(zhì)與其分子組成有關(guān)。在碳?xì)滏溨屑尤肫渌s原子將明

8、顯改變高聚物的潤濕性能。加入氟原子可使其臨界表面張力變??；加入其它原子則可使其潤濕性能改善；次序?yàn)椋篎