WENZEL的研究了固体表面粗度对润湿性的影响,指出
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第八章 润湿作用
8.1 润湿过程
润湿（wetting）是指在固体表面上 一种液体取代另一种与之不相混溶的 流体的过程。
润湿过程可分为三类： 沾湿（adhesion） 浸湿（immersions） 铺展（spreading ）
（1）沾湿：液体与固体由不接触到 接触，变液气界面和固气界 面为固液界面的过程
将固体分为两大类：凡
s g >100mNm-1，叫做高能表面
s g <100mNm-1，则为低能表面
（二）低能表面的润湿性质
（1）Zisman等人发现：同系列液体在同一
固体表面上的接触角 cos
做图可
lg
得到一很好的直线，外推至 cos =1处，
相应的液体表面张力值指示：此液体系
列中 此值者，皆不能在此固体上自行
7
甲基溶纤 素
20
30° 30 24 23 28
64
45° 48 34 44 54
82
60° 64 49 77 103
93
Φ值表示表面粗糙的程度。 由表中可以看出： Φ值越大，a- R越大，
Wenzel研究了固体表面粗度对润湿性的影响， 指出：
一个给定的几何面粗化以后必具有较大的真实
面积，用粗度因子r表示真实表面积与表观面积
通常后退角小于前进角。
造成接触角滞后的主要原因是表面不平和 表面不均匀（污染）。 Harkins仔细研究了石墨、滑石、硫化锑及 石腊等样品，通过精心准备，精心测量，得 到结果表明前进角与后退角的差别在实验误 差内。结论：前进角和后退角的差异是样品 制备不当和测量技术不佳的结果。
倾斜玻璃上的水滴（右图）
小结： （1）无论哪一种润湿都是界面现
象，其过程实质都是界面性质 及界面能量的变化
（2）对比三者发生的条件
沾湿：W algsg-sl0
浸湿：sg -sl 0
铺展：Ssgs ll g0
（3）固气和固液界面能对体系的三种 润湿作用的贡献是一致的。
将液体滴于固体表面 上，液体或铺展或覆 盖于表面，或形成一 液滴停于其上，此时 在三相交界处，自固 液界面经液体内部到 气液界面的夹角就叫 做接触角。
sgsl lgcos
一般前进角反映与液体亲合力弱的那部分固 体表面润湿性，而后退角则反映与液体亲合 力较强的那部分固定表面润湿性。
（3）表面粗（糙）度
固体表面粗糙是造成接触角滞后的重要因素
接触角滞后液体在不同粗糙度的石腊表面上的a- R
液体
0°
水
11
CaCl2溶液
10
甘油
7
乙二醇
之比，润湿方程经粗度较正为：
rsgsl lgcos ’ ：粗糙表面接触角
故 r c o s/c o s 1Wenzel方程
上式表明：粗糙表面的接触角余弦函数 （绝对）值总是比平滑表面的绝对值大， 即＞90°时表面粗化将使变大，而 ＜90°时表面粗化将使变小。
G W algsg-sl
W a :粘附功>0自发
（2）浸湿：固体浸入液体的过程。
（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界
面替代。
粘附张力
W i ：浸润功>0自发
,
（3）铺展：以固 液界面取代固气 界面同时，液体 表面扩展的过程。
铺展系数 Ssgs ll g0时自发
8.2 接触角与润湿方程
Young方程 sg-sl=lgcos
沾湿 浸湿 铺展
习惯上将 =90°定义润湿与否标准
8.3 接触角的测定
（一）角度测量法（量角法）
(1) 切线法 (2) 斜板法
(3)光点反射法
（二）长度测量法
（1）小滴法 （2）大滴法（液饼法） （3）垂片法
皆是通过与 相关长度测量
提示：对于具有润湿性的体系，表面粗 化对体系润湿性起促进作用。而对于不 能相互润湿的体系，表面粗化则使体系 更不润湿。 例如：吊片法——打毛。
防水材料——保持表面粗糙
8.5 固体的润湿性质
（一）Βιβλιοθήκη Baidu能表面与高能表面
实际关心问题： （1）什么样的固体被润湿，或不被润湿 （2）什么样的液体具有好的润湿性
③固体的润湿性质取决于固体表面层原子或原 子团的性质及排列情况，与基质无关，一定 的表面基团对应于一定的润湿能力。
（三）高能表面的自憎现象
当有机液体的分子在高能表面上发生 吸附，并形成定向排列的吸附膜，被吸附 的两亲分子以亲水基团固定于固体表面， 而以疏水基团构成最外层，使高能表面的 组成、结构发生变化，从而变成低能表面。
计算得到。
（三）力测量法：
吊片法：
（四）透过测量法：（粉末的 ）
（1）透过高度法 （2）透过速度法
8.4 影响接触角测定的一些因素
（1）前进角与后退角
固液界面取代固气界面后形成的接触角 叫做前进角a (滴加液体时)
而气固界面取代固液界面形成的接触角 叫做后退角R (移走液体时)
（2）表面不均匀性
如果液体表面由对液体具有不同亲和力的a、b两部分 组成，两者各占有表面分数xa和xb。这种表面称为复
合表面。 c o s x ac o sa x bc o sb
sgxa sgaxb sgb sl xa slaxb slb
当 c lg 时，这些液体便不能在自身的
吸附膜上铺展。这种现象称做高能表面的 自憎现象。
（四）表面活性剂对润湿性的影响
润湿剂：加入SAa提高液体的润湿能 力
固体表面改性剂：通过表面活性剂 在固体上的吸附改变固体表面性质
A：高能变低能表面（吸附层） B：疏水变亲水
8.6 固体润湿现象应用
（1）防水
普通棉布
阳离子 大雨不透湿 氟SAa
（2）矿物浮选
铺展。只有同系物中 此值时方可在此
固体上铺展，故此值 c 叫做该固体的临 界润湿表面张力（临界表面张力）。
（2）固体的润湿性质（规律）
①固体的润湿性与分子极性有关。在CH，CF化 合物中，极性化合物的可润湿性显著优于相 应的完全非极性化合物。
②高分子固体的润湿性与其分子的元素组成有 关。在CH链中加入各种杂原子增进固体可润 湿的能力。F＜H＜C1＜Br＜I＜O＜N；取代越 多，影响越大，（注意F原子加入会降低固体 可润湿性）
8.1 润湿过程
润湿（wetting）是指在固体表面上 一种液体取代另一种与之不相混溶的 流体的过程。
润湿过程可分为三类： 沾湿（adhesion） 浸湿（immersions） 铺展（spreading ）
（1）沾湿：液体与固体由不接触到 接触，变液气界面和固气界 面为固液界面的过程
将固体分为两大类：凡
s g >100mNm-1，叫做高能表面
s g <100mNm-1，则为低能表面
（二）低能表面的润湿性质
（1）Zisman等人发现：同系列液体在同一
固体表面上的接触角 cos
做图可
lg
得到一很好的直线，外推至 cos =1处，
相应的液体表面张力值指示：此液体系
列中 此值者，皆不能在此固体上自行
7
甲基溶纤 素
20
30° 30 24 23 28
64
45° 48 34 44 54
82
60° 64 49 77 103
93
Φ值表示表面粗糙的程度。 由表中可以看出： Φ值越大，a- R越大，
Wenzel研究了固体表面粗度对润湿性的影响， 指出：
一个给定的几何面粗化以后必具有较大的真实
面积，用粗度因子r表示真实表面积与表观面积
通常后退角小于前进角。
造成接触角滞后的主要原因是表面不平和 表面不均匀（污染）。 Harkins仔细研究了石墨、滑石、硫化锑及 石腊等样品，通过精心准备，精心测量，得 到结果表明前进角与后退角的差别在实验误 差内。结论：前进角和后退角的差异是样品 制备不当和测量技术不佳的结果。
倾斜玻璃上的水滴（右图）
小结： （1）无论哪一种润湿都是界面现
象，其过程实质都是界面性质 及界面能量的变化
（2）对比三者发生的条件
沾湿：W algsg-sl0
浸湿：sg -sl 0
铺展：Ssgs ll g0
（3）固气和固液界面能对体系的三种 润湿作用的贡献是一致的。
将液体滴于固体表面 上，液体或铺展或覆 盖于表面，或形成一 液滴停于其上，此时 在三相交界处，自固 液界面经液体内部到 气液界面的夹角就叫 做接触角。
sgsl lgcos
一般前进角反映与液体亲合力弱的那部分固 体表面润湿性，而后退角则反映与液体亲合 力较强的那部分固定表面润湿性。
（3）表面粗（糙）度
固体表面粗糙是造成接触角滞后的重要因素
接触角滞后液体在不同粗糙度的石腊表面上的a- R
液体
0°
水
11
CaCl2溶液
10
甘油
7
乙二醇
之比，润湿方程经粗度较正为：
rsgsl lgcos ’ ：粗糙表面接触角
故 r c o s/c o s 1Wenzel方程
上式表明：粗糙表面的接触角余弦函数 （绝对）值总是比平滑表面的绝对值大， 即＞90°时表面粗化将使变大，而 ＜90°时表面粗化将使变小。
G W algsg-sl
W a :粘附功>0自发
（2）浸湿：固体浸入液体的过程。
（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界
面替代。
粘附张力
W i ：浸润功>0自发
,
（3）铺展：以固 液界面取代固气 界面同时，液体 表面扩展的过程。
铺展系数 Ssgs ll g0时自发
8.2 接触角与润湿方程
Young方程 sg-sl=lgcos
沾湿 浸湿 铺展
习惯上将 =90°定义润湿与否标准
8.3 接触角的测定
（一）角度测量法（量角法）
(1) 切线法 (2) 斜板法
(3)光点反射法
（二）长度测量法
（1）小滴法 （2）大滴法（液饼法） （3）垂片法
皆是通过与 相关长度测量
提示：对于具有润湿性的体系，表面粗 化对体系润湿性起促进作用。而对于不 能相互润湿的体系，表面粗化则使体系 更不润湿。 例如：吊片法——打毛。
防水材料——保持表面粗糙
8.5 固体的润湿性质
（一）Βιβλιοθήκη Baidu能表面与高能表面
实际关心问题： （1）什么样的固体被润湿，或不被润湿 （2）什么样的液体具有好的润湿性
③固体的润湿性质取决于固体表面层原子或原 子团的性质及排列情况，与基质无关，一定 的表面基团对应于一定的润湿能力。
（三）高能表面的自憎现象
当有机液体的分子在高能表面上发生 吸附，并形成定向排列的吸附膜，被吸附 的两亲分子以亲水基团固定于固体表面， 而以疏水基团构成最外层，使高能表面的 组成、结构发生变化，从而变成低能表面。
计算得到。
（三）力测量法：
吊片法：
（四）透过测量法：（粉末的 ）
（1）透过高度法 （2）透过速度法
8.4 影响接触角测定的一些因素
（1）前进角与后退角
固液界面取代固气界面后形成的接触角 叫做前进角a (滴加液体时)
而气固界面取代固液界面形成的接触角 叫做后退角R (移走液体时)
（2）表面不均匀性
如果液体表面由对液体具有不同亲和力的a、b两部分 组成，两者各占有表面分数xa和xb。这种表面称为复
合表面。 c o s x ac o sa x bc o sb
sgxa sgaxb sgb sl xa slaxb slb
当 c lg 时，这些液体便不能在自身的
吸附膜上铺展。这种现象称做高能表面的 自憎现象。
（四）表面活性剂对润湿性的影响
润湿剂：加入SAa提高液体的润湿能 力
固体表面改性剂：通过表面活性剂 在固体上的吸附改变固体表面性质
A：高能变低能表面（吸附层） B：疏水变亲水
8.6 固体润湿现象应用
（1）防水
普通棉布
阳离子 大雨不透湿 氟SAa
（2）矿物浮选
铺展。只有同系物中 此值时方可在此
固体上铺展，故此值 c 叫做该固体的临 界润湿表面张力（临界表面张力）。
（2）固体的润湿性质（规律）
①固体的润湿性与分子极性有关。在CH，CF化 合物中，极性化合物的可润湿性显著优于相 应的完全非极性化合物。
②高分子固体的润湿性与其分子的元素组成有 关。在CH链中加入各种杂原子增进固体可润 湿的能力。F＜H＜C1＜Br＜I＜O＜N；取代越 多，影响越大，（注意F原子加入会降低固体 可润湿性）