表面黏著与黏度问题

1、潤濕及改善表面活性劑授課教授:吳文海研究生:陳佳鈴報告日期:12.7前言n以其他液體將某種液體從一物體表面取代的現象稱潤濕。n潤濕發生包含三種相,至少兩項為流體。n此章節主要討論潤濕現象在固體或液體表面之氣體(通常為空氣)被水或液相所取代。n潤濕型態可分三類： 塗敷潤濕(Spreading wetting) 粘度潤濕(Adhesional wetting) 浸漬潤濕(Immersional wetting)塗敷潤濕液體塗敷在基板上面取代另一個流體(像空氣)，稱為塗敷潤濕 C-B間的a為液體(L)塗敷的範圍當減少基板-空氣界面(a*SA)的範圍， 則表面自由能會減少。增加液體-基板界面(a*SL

2、)或增加液體-氣體界面(a*LA)，表面自由能會增加。塗敷係數可用下列表示： SL/S= -Gw/a =SA-(SL+LA)若塗敷係數為正，則會發生自發反應將液 體塗敷在基材上；若塗敷係數為負，則不會發 生。當一薄層液體L1上再塗敷第二層液體，則 塗敷係數為： SL1/L2=L2A-(L1L2+L1A)若未塗敷前預測是否會發生反應可用以 下表示： SL1/L2=2L1A(L2A/L1A-1) SL/S=2LA( (SA/LA-1)接觸角液滴在物體表面擴展達到平衡狀態後，三相周邊上某一點氣液界面切線，則該切線與固液界面的夾角稱為潤濕接觸角。利用Youngs equation可求得接觸角： LA

3、cos= SA SL如果接觸角大於0，則塗敷係數不會是零或正值，不會發生自發反應。若固體基材為非極性、低表面能，則可利用接觸角決定表面濃度； d(LA cos)/d C=(1+n)RTLS接觸角的測量n在一個宏觀、平整、無孔的平面基板上滴一液滴,可藉著顯微鏡的裝置側角目鏡或拍照來測量接觸角。n影響接觸角的測量有以下幾點: 1.液體中的汙染物。 2.固體表面即使看起來很平滑，也有可能有不純物或缺陷。 3.接觸角的滯後現象常發生在不平整或含有不純物的基材上，因此會有液體在固體表面向前延展或向後退縮的現象，且差異度可達60。n例如:硬酯酸在接觸水後變的非常潤濕，是由於在水裡時會改變表面分子的方向，使

4、更多的分子導向COO以減少表面自由能。粘度潤濕 與塗敷潤濕比較,剛開始不和固體表面接觸的液體，當接觸固體表面時， 即產生粘著現象。如果減少基材和潤濕液的表面張力，則會增加粘度的發生，反之則減少。如果接觸角增加，SL增加,則粘度減少。如果只是增加LA，則粘度會增加。黏著功將兩個互不相混合的液體黏著在一起所需做的功，稱為粘著功 。Wa=LA(cos+1)將兩個相同單位橫切面液體拉開所需做的功，稱為自體粘著功。 Wc=2LA塗敷係數：Wa-Wc=SL/S如果WaWc,塗敷係數為正， =0，則液體會自發塗敷在基材上，反之則不會。浸漬潤濕 當一固體剛開始並不與液體接觸，而是一接觸液體後會完全浸漬在液體中

5、 稱為浸漬潤濕。此潤濕現象會造成液體與氣體交界面的面積保持不變。當塗敷發生在浸漬過程中，則 SL/S=SA-SL-LA若塗敷係數大於零,cos=(SA-SL)/LA，則=0會徹底的發生浸漬自發。0， SA-SL=LACOS 90， SA-SL為負值，必須做功使固體浸漬在液體中。 SL，可能將液體吸附在陽離子表面基材的疏水基上端，會使潤濕減弱變的更疏水。改善表面潤濕:一般的考慮n水有相當高的表面張力72mN/m，若表面自由能低於72mJ/m2則不會有自發塗敷的發生。n添加表面活性劑到水中，會增加表面液體或固體的潤濕。n但是添加表面活性劑不一定會增加潤濕力，會因為成分的不同而有所變化。硬表面潤濕n

6、硬表面基材為非孔，非粒狀的固體或非孔的薄層，其潤濕的範圍非常小。n當氟羧酸吸附到聚乙烯表面，c值比一般的值(31-20mN/m)還要低，則不發生塗敷，因此需要加入潤濕液減少表面張力;如果表面張力大於臨界張力可能不會有完整的潤濕，必須小於或等於臨界張力才會有完整的塗敷發生。紡織潤濕n紡織有大的表面範圍，很難在很短的時間內達到潤濕的效果。n因此有幾種方法可以改善: (1)有效率的潤濕劑(改變時間、改變溫度、在最小表面濃度所潤濕的範圍) (2)有效用的潤濕劑(不管表面濃度，在最短的時間達到最大的潤濕) (3)固定表面濃度、改變溫度在一定的時間達到潤濕添加劑的影響n電解質的含量， 在水相的離子表面對潤

7、濕時間有相當大的影響；例如在可溶水或CMC中，可能會減少表面張力。n當水相增加電解質或添加硬性劑，疏水基的鏈長會比理想純水的鏈長來的短，這是最理想的陰離子表面潤濕。n溶液含有高濃度電解質，疏水基的鏈長在7-8個碳原子下才會有效的起反應。n增加長鏈的醇在陰離子或非離子液相的表面則會減少潤濕力。潤濕表面活性劑混合物的協同作用n兩個不同混合物的界面會相互影響，無論是在混合單分子膜或在水溶液混合micells的界面，都會有協同作用來增加界面的特性。n如果提高潤濕，則協同作用會減少動力和表面張力的值。n除了高表面活性劑外，可藉由可溶水的表面增溶到不溶水的表面以提高潤濕。n短鏈的醇或烷基酚醚在分子中含有乙烯基或n-十二烷基-2-吡咯烷酮 ，在水中會有低溶解度並且缺乏潤濕力，當混合各種陰離子於表面則會溶解在水中變成傑出的潤濕劑。n添加POE非離子於表面，則會有陰離子產生以增加潤濕力，主要因為陰離子會增加非離子的流動能力，使更快速的擴散到表面潤濕並且降低陽離子的流動力。超潤濕 在高的疏水區快速的塗敷大的範圍,稱為超潤濕利用 n-十二烷基-2-吡咯烷酮在聚乙烯薄層上產生POE矽氧烷，以提高超潤濕。增加吡咯烷酮到矽氧烷表面，會產生少量疏水固-液的界面或水溶液-空氣界面，但在疏水固-水溶液界面會增加表面吸附。在水溶液-固體的界面相對於水溶液-空氣的界面要提高表面吸附