沾湿浸湿铺展三种润湿作用及接触角相关问题

一、润湿作用

凝聚态物体表面一种流体被另一种流体取代的过程称为润湿。

润湿过程分为三类，即在日常生活中经常遇到的沾湿、浸湿和铺展。 1、沾湿

液体取代固体表面气体，液体不能完全展开的过程称为沾湿。

A

sl sg A W G =-+=∆-γγγlg （黏附功）

当W A>0时，沾湿过程才是自发的。

固－液界面取代液－气界面和气－固界面的过程

2、铺展

液体在固体表面展开成薄层，此过程称为铺展。铺展是固气界面消失，气液界面和固液界面形成的过程。

S

G sl gs s =--=∆-γγγlg （铺展系数）

铺展系数S>0，过程自发进行。 3、浸湿

固体浸于液体中的过程称为浸湿。此过程是固气界面被固液界面取代，气液界面无变化，此过程自由能变化为

I

sl sg I W G =-=∆-γγ（浸润功）

WI>0，过程自发进行。 二、接触角与Young 方程

将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上，若不铺展，将形成一平衡液滴，其形状由固液气三相交界面处所作气液界面之切线经液滴至固液界面所成之夹角决定，此角称为该种液体在所研究固体表面上之接触角，或称润湿角。接触角常以θ表示。

γ

θ< 90︒

θ> 90︒

•接触角θ与各个界面张力

θ

γγγcos lg =-sl sg

该式称为Young 方程或润湿方程。 θ越小，润湿过程越易进行。 习惯上，θ>90℃, 为不润湿 θ<90℃, 为润湿

三.决定和影响接触角大小的一些因素 1.物质的本性

对于指定的固体，液体表面张力越小，其在该固体上的θ也越小。对于同一液体，固体表面能越大，θ越小。

θ反应了液体与固体表面亲和作用大小，亲和力越强越易于在表面上展开， θ越小。 2.接触角滞后现象

若液体与固面无相对运动时，所形成的两个接触角是相等的即平衡接触角θe ；

若液体与固体发生相对运动时，则会形成两个不同的接触角。较大的θa 称为前进接触角，较小的θr 称为后退接触角。这种θa ＞θr 的现象称为接触角滞后。 3.吸附及其他因素对接触角的影响 固体表面，特别是高能固体表面能自发地从周围环境中吸附某些组分而降低表面能，同时也改变了表面性质，从而影响θ大小。

其他如温度，液滴形成时间等都能对接触角产生影响。

习惯上将液体在固体表面上的接触角θ＝90°时定义为润湿与否的界线。θ＞90°时为不润湿，θ＜90°则为润湿。水与洁净玻璃的θ＝0，为完全润湿；水银与玻璃的θ＝138°，所以水银在玻璃上收缩成球形。

水热合成釜的内衬聚四氟乙烯不易润湿。

棉布被水润湿不防水，若在棉布中加入氟代烷基类的化合物，让极性基吸附于棉布上形成定向排列吸附层，就增大了接触角，从而使憎水性加强，达到了防雨的目的。

彩色感光材料和录音、录像磁带在生产过程中，都要将配制好的感光材料涂液或磁浆，又快又均匀地涂布到固体薄片基上，然后再干燥、裁切、整理包装成产品。能不能又快又均匀地涂上去，就与所涂液体能否在固体薄片基（现通常是采用涤纶薄膜片基）上润湿，并能迅速铺展开来密切相关。现在比较讲究的印刷纸张表面要加上一层薄薄的涂料，其涂布过程也要考虑涂液对纸基需要有好的润湿性能。在印刷过程中，要又快又好地印出多彩的图案来，各种油墨对纸张也要有好的润湿性能。即使在日常生活中，墙壁的刷浆、家具的刷漆，均都有类似的需要润湿性能好的问题。