第6章润湿作用
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第6章润湿作用
液体
表6-3 一些自憎液体在高能表面上接触角（20℃）【11】
(mN/m
θ
LV
辛醇－1
27.8
辛醇－2
26.7
2－乙基己 26.7 醇－1
正辛酸
29.2
2－乙基己 27.8 烷
磷酸三邻甲 40.9 酚酯
磷酸三邻氯 45.8 苯酯
不锈钢
铂
35
42
14
29
《5
20
34
42
《5
11
－
7
－
第6章润湿作用
两个液柱的接触过程中，体系的自由能降低值为：
G L VL V02L VW C
式中，WC-内聚功。
WC代表液体自身结合的牢固程度，是液体分子间相
互作用力大小的表征。
第6章润湿作用
6.2.2浸湿
浸湿是指固体浸入液体中的过程。
第6章润湿作用
自由能降低值为：
GSVSLW i A
第6章润湿作用
6.1.2杨氏方程
Lc V o sS V SL
第6章润湿作用
6.2润湿类型
6.2.1沾湿
沾湿过程就是当液体与固体接触后，将液-气和固气界面变为固-液界面的过程。
图6-4 沾湿过程
第6章润湿作用
体系的自由能：
GS V L VS LW a
式中，Wa为粘附功。
粘附功代表液体与固体分子间相互作用力大小的表 征。
第六章 润湿作用
润湿定义： 从固体表面或固-液界面上的一种流体被另一种液 体置换的过程。
第6章润湿作用
主要内容
6.1接触角与杨氏方程 6.2润湿类型 6.3固体表面的润湿性 6.4表面活性剂的润湿作用 6.5润湿剂 6.6润湿剂的应用
第6章润湿作用
6.1接触角与杨氏方程
6.1.1接触角
完全润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表面 可铺展形成一薄层。
-8.2
二碘甲烷
-26.5
第6章润湿作用
1）不论何种润湿，均是界面现象，其过程的实质都是 界面性质及界面能的变化。 2）三种润湿过程自发的条件：
沾湿： W a S VL V S LL(V c 1 o ) 0 s 1800
浸湿： W iS VS LLc Vo 0 s , 900 铺展： S S VS LL VL(V c 1 o ), s 0 0
7
第6章润湿作用
石英 42 30 26
32 7
14
19
α－Al2O3 43 26 19
43 12
18
21
碳氟比合物＜碳氢化合物＜含其他杂原子的 有机物＜金属等无机物。
第6章润湿作用
6.3.4影响润湿作用的因素
1.温度 ➢温度升高时，短链表面活性剂的润湿性能
不如长链的好。 ➢低温时，长链的不如短链的好。 ➢对于聚环氧乙烷类非离子表面活性剂，湿
S>0，即固液粘附功大于液体内部内聚功时，铺展润湿 是一个自发过程，液体可以自行铺展于固体表面。
SSV S LLV A LV
S>0,A>
LV，即固液粘附张力大于液体表面张力即可发生铺展过程。
第6章润湿作用
2.液体在液体表面上的铺展
SO /WWOWO
当SO/W>0时，即恒温恒压下体系表面自由焓降低，
了低能表面的性质，这说明决定固体润湿性质的是
表面后原子或原子团的性质及排列情况，与内部结
构无关。
第6章润湿作用
6.3.2 高能表面上的自憎现象
自憎:有些有机分子在高能表面上发生吸附，形成碳 氢基朝向空气的定向排列吸附使液膜原来的高能表 面变成了低能表面，润湿临界表面张力低于液体本 身的表面张力，不能在它自身的吸附膜上铺展。
部分润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表面 以一小液滴的形式停留于固体表面。
第6章润湿作用
若在固、液、气三相交界处，作气-液界面的切线， 自此切线经过液体内部到达固-液交界线之间的夹
角，被称之为接触角(contactangle)，以θ表示
之。
第6章润湿作用
θ<900固体是亲液固体。 θ>900固体是疏液的。
实质是体系的固-气界面被固-液界面部分取代的过程。
第6章润湿作用
2.多孔固体表面的浸湿-渗透
第6章润湿作用
附加压力
p2LVC r OS
① 当0≤θ<900时Δp>0即渗透过程可自发进
行。
② 从表面看起来γLV越大，θ越小，孔半径越
小，此过程就越易进行。
第6章润湿作用
6.2.3铺展
1.液体在固体表面的铺展 该过程的实质是以固-液界面取代固-气界面，与此同 时，液体表面展开，形成新的气-液界面。
同一体系，W a >Wi>S。 第6章润湿作用
6.3固体表面的润湿性
无机固体如金属、金属氧化物、硫化物、无机盐 等，常被称为高能表面。200-5000mJ.m-2 固体有机物及高聚物的表面能与一般液体不相上 下，被称为低能表面。<100mJ.m-2
第6章润湿作用
6.3.1低能表面的润湿性质
图6-9 Zisma第n6图章润与湿作 用c
第6章润湿作用
润湿临界表面张力数据可以看出以下一些规律
1)高分子固体的润湿性质与其分子的元素组成有关。 在其引入氟原子时会使变小，而引入其他杂质原子 时升高，
杂原子使其润湿能力增加的顺序如下：
F＜H＜Cl＜Br＜I＜O＜N。
同一原子取代越多则效果愈明显。
(2)有机物质中含有极性基团时升高。
(3)附有表面活性物质的单分子层的玻璃或金属显示
Wi－浸湿功，反映了液体在固体表面上取代气体的能 力，Wi>0，是在恒温恒压下，浸湿自动发生的条件。
ALVcos
0< <900时A>0
第6章润湿作用
1.硬固体表面的浸湿
1)硬固体表面的完全浸湿 实质是固-气界面完全被固-液界面所代替，而液体表面 在浸湿过程中无变化。
第6章润湿作用
2)硬固体的部分浸湿
图6-8 液第体6章在润湿固作体用 上的铺展
当铺展面积为单位值时，这个过程的能量变化为：
G S V S LLV S
式中，S称为铺展系数。
S＞0时，液体可以在固体表面自动展开
第6章润湿作用
S S S V L L S V S V L L L V S V W S L L 2 V L W a V W c
则该种油能在水面上铺展。
• 若SO/W<0，ΔG>0，则表示油不能在水面上铺展，
而是在水面上形成一个“透镜”形状的油滴。
第6章润湿作用
表6-1列出的是若干种液体在水面上的铺展系数【5】
液体
SO/W
异戊醇
44.0
正辛醇
35.7
庚醇
32.2
油酸
24.6
苯
9.3
硝基苯
3.8
பைடு நூலகம்
己烷
3.4
邻溴甲苯
-3.3
二硫化碳
液体
表6-3 一些自憎液体在高能表面上接触角（20℃）【11】
(mN/m
θ
LV
辛醇－1
27.8
辛醇－2
26.7
2－乙基己 26.7 醇－1
正辛酸
29.2
2－乙基己 27.8 烷
磷酸三邻甲 40.9 酚酯
磷酸三邻氯 45.8 苯酯
不锈钢
铂
35
42
14
29
《5
20
34
42
《5
11
－
7
－
第6章润湿作用
两个液柱的接触过程中，体系的自由能降低值为：
G L VL V02L VW C
式中，WC-内聚功。
WC代表液体自身结合的牢固程度，是液体分子间相
互作用力大小的表征。
第6章润湿作用
6.2.2浸湿
浸湿是指固体浸入液体中的过程。
第6章润湿作用
自由能降低值为：
GSVSLW i A
第6章润湿作用
6.1.2杨氏方程
Lc V o sS V SL
第6章润湿作用
6.2润湿类型
6.2.1沾湿
沾湿过程就是当液体与固体接触后，将液-气和固气界面变为固-液界面的过程。
图6-4 沾湿过程
第6章润湿作用
体系的自由能：
GS V L VS LW a
式中，Wa为粘附功。
粘附功代表液体与固体分子间相互作用力大小的表 征。
第六章 润湿作用
润湿定义： 从固体表面或固-液界面上的一种流体被另一种液 体置换的过程。
第6章润湿作用
主要内容
6.1接触角与杨氏方程 6.2润湿类型 6.3固体表面的润湿性 6.4表面活性剂的润湿作用 6.5润湿剂 6.6润湿剂的应用
第6章润湿作用
6.1接触角与杨氏方程
6.1.1接触角
完全润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表面 可铺展形成一薄层。
-8.2
二碘甲烷
-26.5
第6章润湿作用
1）不论何种润湿，均是界面现象，其过程的实质都是 界面性质及界面能的变化。 2）三种润湿过程自发的条件：
沾湿： W a S VL V S LL(V c 1 o ) 0 s 1800
浸湿： W iS VS LLc Vo 0 s , 900 铺展： S S VS LL VL(V c 1 o ), s 0 0
7
第6章润湿作用
石英 42 30 26
32 7
14
19
α－Al2O3 43 26 19
43 12
18
21
碳氟比合物＜碳氢化合物＜含其他杂原子的 有机物＜金属等无机物。
第6章润湿作用
6.3.4影响润湿作用的因素
1.温度 ➢温度升高时，短链表面活性剂的润湿性能
不如长链的好。 ➢低温时，长链的不如短链的好。 ➢对于聚环氧乙烷类非离子表面活性剂，湿
S>0，即固液粘附功大于液体内部内聚功时，铺展润湿 是一个自发过程，液体可以自行铺展于固体表面。
SSV S LLV A LV
S>0,A>
LV，即固液粘附张力大于液体表面张力即可发生铺展过程。
第6章润湿作用
2.液体在液体表面上的铺展
SO /WWOWO
当SO/W>0时，即恒温恒压下体系表面自由焓降低，
了低能表面的性质，这说明决定固体润湿性质的是
表面后原子或原子团的性质及排列情况，与内部结
构无关。
第6章润湿作用
6.3.2 高能表面上的自憎现象
自憎:有些有机分子在高能表面上发生吸附，形成碳 氢基朝向空气的定向排列吸附使液膜原来的高能表 面变成了低能表面，润湿临界表面张力低于液体本 身的表面张力，不能在它自身的吸附膜上铺展。
部分润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表面 以一小液滴的形式停留于固体表面。
第6章润湿作用
若在固、液、气三相交界处，作气-液界面的切线， 自此切线经过液体内部到达固-液交界线之间的夹
角，被称之为接触角(contactangle)，以θ表示
之。
第6章润湿作用
θ<900固体是亲液固体。 θ>900固体是疏液的。
实质是体系的固-气界面被固-液界面部分取代的过程。
第6章润湿作用
2.多孔固体表面的浸湿-渗透
第6章润湿作用
附加压力
p2LVC r OS
① 当0≤θ<900时Δp>0即渗透过程可自发进
行。
② 从表面看起来γLV越大，θ越小，孔半径越
小，此过程就越易进行。
第6章润湿作用
6.2.3铺展
1.液体在固体表面的铺展 该过程的实质是以固-液界面取代固-气界面，与此同 时，液体表面展开，形成新的气-液界面。
同一体系，W a >Wi>S。 第6章润湿作用
6.3固体表面的润湿性
无机固体如金属、金属氧化物、硫化物、无机盐 等，常被称为高能表面。200-5000mJ.m-2 固体有机物及高聚物的表面能与一般液体不相上 下，被称为低能表面。<100mJ.m-2
第6章润湿作用
6.3.1低能表面的润湿性质
图6-9 Zisma第n6图章润与湿作 用c
第6章润湿作用
润湿临界表面张力数据可以看出以下一些规律
1)高分子固体的润湿性质与其分子的元素组成有关。 在其引入氟原子时会使变小，而引入其他杂质原子 时升高，
杂原子使其润湿能力增加的顺序如下：
F＜H＜Cl＜Br＜I＜O＜N。
同一原子取代越多则效果愈明显。
(2)有机物质中含有极性基团时升高。
(3)附有表面活性物质的单分子层的玻璃或金属显示
Wi－浸湿功，反映了液体在固体表面上取代气体的能 力，Wi>0，是在恒温恒压下，浸湿自动发生的条件。
ALVcos
0< <900时A>0
第6章润湿作用
1.硬固体表面的浸湿
1)硬固体表面的完全浸湿 实质是固-气界面完全被固-液界面所代替，而液体表面 在浸湿过程中无变化。
第6章润湿作用
2)硬固体的部分浸湿
图6-8 液第体6章在润湿固作体用 上的铺展
当铺展面积为单位值时，这个过程的能量变化为：
G S V S LLV S
式中，S称为铺展系数。
S＞0时，液体可以在固体表面自动展开
第6章润湿作用
S S S V L L S V S V L L L V S V W S L L 2 V L W a V W c
则该种油能在水面上铺展。
• 若SO/W<0，ΔG>0，则表示油不能在水面上铺展，
而是在水面上形成一个“透镜”形状的油滴。
第6章润湿作用
表6-1列出的是若干种液体在水面上的铺展系数【5】
液体
SO/W
异戊醇
44.0
正辛醇
35.7
庚醇
32.2
油酸
24.6
苯
9.3
硝基苯
3.8
பைடு நூலகம்
己烷
3.4
邻溴甲苯
-3.3
二硫化碳