材料界面化学与改性-4界面

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1、东北林业大学理学院东北林业大学理学院化学化工系材料界面化学与改性第1章绪论第2章液体表面第3章固体表面第4章固-液界面第5章表面活性剂第6章高分子材料的表界面第7章高聚物的表面改性第8章复合材料的界面第9章表界面分析技术材料界面化学与改性目录第4章界面(interface)本章目录4.1固--液界面4.2固--固界面4.3液--液界面1杨氏(Young)方程和接触角2Young---Dupre公式3接触角测定方法4接触角滞后现象5固体表面的润湿性质6动润湿与动接触4.1固--液界面本节目录4.1.1润湿现象4.1.2固液界面吸附作用润湿动画不润湿动画1.接触

2、角与杨氏方程4.1.1润湿现象在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角(contactangle)，通常用q表示。若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算：杨氏(YoungT)方程杨氏(YoungT)方程沾湿(adhension)过程是气-固和气-液界面消失，形成液-固界面的过程。浸湿(immersion)是将固体浸入液体，气-固界面完全被液-固界面取代的过程。润湿是固体表面上的气体被液体取代的过程。润湿的分类：铺

3、展(spreading)是少量液体在固体表面上自动展开，形成一层薄膜的过程。S称为铺展系数。液体在固体表面上铺展的必要条件为S≥0。S越大，铺展性能越好。若S＜0，则不能铺展。习惯上人们更常用接触角来判断液体对固体的润湿：把θ＜90°的情形称为润湿；θ＞90°时称为不润湿；θ=0°或不存在时称为完全润湿。公式推导问题：未考虑重力影响和垂直分力但是可以允许2Young---Dupre公式(2)(3)上式称为Young---Dupre公式，此式将粘附功与接触角联系起来了。接触角越小，粘附功越大，润湿性越好(1)角度测量法－－应用最广，最直截了当的方法投影法摄影法

4、显微量角法斜板法光点反射法－－可测纤维接触角(2)滴停法－－光滑，均匀，水平的固体表面，小液滴3接触角测定方法媒体资源1媒体资源2(3)吊片法－－光滑，均匀的固体薄片吊片法(4)电子天平法－－可测定纤维，塑料细管等的接触角如果液体完全润湿，有(4)电子天平法－－可测定纤维，塑料细管等的接触角如果液体完全润湿，有(4)电子天平法－－可测定纤维，塑料细管等的接触角如果液体润湿，有(4)电子天平法－－可测定纤维，塑料细管等的接触角m-润湿t时刻增重量W1－平衡总增重量H－纤维填充高度η－浸润液粘度Wf－纤维填充质量AS,p－纤维比表面ρ1－液体密度σl1－液体表面

5、张力接触角测定应注意两点：平衡温度一些体系接触角的温度系数液固界面取代气固界面与气固界面取代液固界面后形成的接触角不等的现象。前进角与后退角－－如图表面不均匀时，滴加液体，接触角变大，称为前进角；移出液体，接触角变小，为后退角。前进角后退角在斜板上的液滴4.接触角滞后现象举例：一些液体在纤维素上的前进角与后退角4.接触角滞后现象原因⑴表面不均匀前进角一般反映与液体亲和力弱的那部分固体表面；而后退角反映与液体亲和力较强的那部分固体表面。4.接触角滞后现象原因⑵表面组糙度；⑶表面污染4.接触角滞后现象高能表面：σ－－几百～几千mN/m2金属及其氧化物，硫化物，无

6、机盐等低能表面：σ－－100～25mN/m2有机固体与高聚物5.高能与低能固体表面Zisman等对同系物有机液体在高聚物上的接触角进行了广泛研究，得到如下公式；上式表明：同系物液体对于同一固体的接触角随液体表面张力降低而变小。如以cosθ对σlg作图，可得一条直线，将直线延长至cosθ＝1处，可得到一个σlg值。(如图)这个值称为临界表面张力σC低能表面(<100mN/m2)σC是固体的一个特征量其物理意义是：在该同系物液体中，凡是表面张力大于σC的物质都不能在固体表面上铺展，只有σlg<σC的液体才能在固体表面上铺展。若用非同系物液体，cosθ对σlg作图

7、通常是一条窄带（也可能是直线），其下限为σC。σC显然，σC越小，能在固体表面张上铺张的液体就越少，这种固体的润湿性也越差。低能表面(<100mN/m2)低能表面(<100mN/m2)聚合物的临界表面张力1、固体的润湿性质与分子的极性有关；在各类碳氢和碳氟化合物中，极性化合物的可润湿性显著优于相应的完全非极性物质；2、高分子的润湿性质与其分子组成有关。在碳氢链中加入其它杂原子将明显改变高聚物的润湿性能。加入氟原子可使其临界表面张力变小；加入其它原子则可使其润湿性能改善；次序为：F

8、低能表面(<100mN/m2)3、附有两亲分子单分子