第八章 润湿作用

sg sl lg cos
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。
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 水
（3）表面粗（糙）度
0° 11 10
30° 30 24
8.5 固体的润湿性质 （一）低能表面与高能表面
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
将固体分为两大类：凡
sg>100mNm-1，叫做高能表面 sg<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 lg 做图可 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 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）。
（三Байду номын сангаас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。 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。
G Wa lg sg - sl
Wa :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 Wi ：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 S sg sl lg 0 时自发
（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） 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。
（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 氟SAa 阳离子 大雨不透湿
（2）矿物浮选
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： Wa lg sg - sl 0 sg - sl 0 浸湿： 铺展：S sg sl lg 0 （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。
（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 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
倾斜玻璃上的水滴（右图）
（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。
cos xa cosa xb cosb
sg xa sga xb sgb
sl xa sla xb slb
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。
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
r sg sl lg cos
’ ：粗糙表面接触角
故
r cos / cos 1
Wenzel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。
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
45° 48 34
60° 64 49
CaCl2溶液
甘油 乙二醇
甲基溶纤 素
7 7
20
23 28
64
44 54
82
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 之比，润湿方程经粗度较正为：
（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) 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。
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