Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Марта 2011 в 20:30, реферат
Целью этой работы является рассмотрение физико-химических основ смачивания.
При ψ = 100%, как и в случае системы "парафин—ДМСО", θ возрастает с течением времени (кривая 1). Причиной возрастания θ может являться увеличение объема капли вследствие поглощения каплей паров воды, что следует из изменения параметров капли (увеличения объема капли при неизменной ширине ее основания).
3.5 РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ И ЕЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ
Для расчета величин поверхностной энергии [12] были использованы значения краевых углов θ, полученные с учетом испарения, растекания капли, а также поглощения каплей паров воды из окружающей среды. Учет вышеуказанных процессов осуществляли путем экстраполяции кинетических кривых в точку при τ= 0 с. При этом полагалось, что полученное значение 9 при т = 0 с достаточным приближением можно считать соответствующим равновесному краевому углу.
Для гидрофобной поверхности парафина в начальный момент времени наблюдается резкое уменьшение значений краевых углов смачивания водой с увеличением влажности среды и практическая неизменность величины θ при использовании ДМСО (табл. 1). Для гидрофильной поверхности ПЭТФ изменение влажности среды оказывает значительное влияние на величину θ, как при использовании воды, так и ДМСО. По данным, имеющимся в литературе, для системы вода/парафин θ изменяется в пределах 104—109° [10], по нашим результатам при ψ=0% краевой угол смачивания парафина водой составляет 105°.
Таблица 2. Значения поверхностной энергии (γ) и ее составляющих (дисперсионной γd и полярной γр) парафина и ПЭТФ в зависимости от влажности окружающей среды
| Образец |
| |||
|
25 | 100 | ||
| ||||
| Парафин |
|
20.2(6)* | 19.1(8) | 19.4(3) |
|
19.5(6) | 17,1(7) | 17.5(3) | |
|
0.8(1) | 2.0(3) | 19(1) | |
| ПЭТФ |
|
42.0(5) | 40(1) | 38.5(4) |
|
26.5(3) | 29.7(8) | 31.6(3) | |
|
15.5(4) | 10.1(8) | 6.9(3) | |
* Величина в скобках представляет собой погрешность последней значащей цифры θ0 при доверительной вероятности Р = 95%.
Таблица 1. Значения краевых углов смачивания 6 водой и ДМСО поверхностей парафина и ПЭТФ в зависимости от влажности окружающей среды при т = 0 с
| Образец |
| |||||
|
| |||||
| ||||||
|
25 | 100 | 0 | 25 | 100 | |
| Парафин ПЭТФ | 105.2(4)* 64.4(3) | 100.9(4) 71.3(9) | 101.2(2) 76.3(3) | 71.6(5) 24.4(4) | 71.9(6) 26.6(5) | 71.5(2) 29.4(3) |
* Величина
в скобках представляет собой
погрешность последней
Анализ полученных данных выявил, что для исследованных объектов изменение влажности окружающей среды в большей мере сказывается на величине полярной составляющей и в меньшей степени — на полной поверхностной энергии и ее дисперсионной составляющей (табл. 2). Для гидрофобной поверхности парафина значение полярной составляющей увеличивается в два раза при изменении влажности среды от 0% до 25%. При этом значения γр при влажности 25% и 100% практически совпадают, что не исключает присутствия конденсата влаги на поверхности парафина уже при ψ=25%. Антибатное уменьшение дисперсионной составляющей приводит (в пределах погрешности эксперимента) к нивелированию влияния влажности среды на величину полной поверхностной энергии.
Для гидрофильной поверхности ПЭТФ характер зависимости полярной и дисперсионных составляющих поверхностной энергии от влажности среды противоположен таковому для парафина. Наблюдается резкое уменьшение полярной и более слабое увеличение дисперсионной составляющей с увеличением влажности среды. И как следствие имеется уменьшение общей поверхностной энергии. Для ПЭТФ уменьшение γр значительно и при изменении ψ от 0% до 100% составляет более 8 мДж/м2. Причиной этого, как уже говорилось ранее, может быть изменение структуры поверхностного слоя полимерной пленки за счет конформационных изменений участков цепи. Для общей поверхностной энергии с увеличением влажности среды имеется тенденция к уменьшению ее значения.
3.6 Выводы
Таким образом, показано, что существует зависимость величины θ от влажности окружающей среды. Для гидрофильной поверхности ПЭТФ при использовании в качестве рабочей жидкости, как воды, так и ДМСО, эта зависимость носит симбатный характер, что свидетельствует о кажущемся уменьшении полярности поверхности ПЭТФ с увеличением влажности. Для гидрофобной поверхности парафина использование воды в качестве смачивающей жидкости приводит к антибатной зависимости θ от влажности окружающей среды. Для системы "парафин/ДМСО" зависимость θ от влажности окружающей среды не выявлена.
Установлено, что повышение влажности среды приводит к появлению следующих артефактов: увеличение объема капли ДМСО (что сопровождается увеличением θ); растекание капли воды по поверхности образца (приводит к уменьшению θ). Выявлено, что указанные артефакты отсутствуют при нулевой влажности.
При расчете величин θ учет испарения, растекания капли, а также поглощения каплей паров воды из окружающей среды рекомендуем осуществлять путем экстраполяции кинетических кривых в точку при τ = 0с. При этом полагаем, что полученное значение θ с достаточным приближением можно считать соответствующим равновесному краевому углу.
Изменение влажности окружающей среды в основном сказывается на величинах полярной и дисперсионной составляющих поверхностной энергии, и в меньшей мере — на суммарной поверхностной энергии. Увеличение полярной составляющей с увеличением влажности в случае парафина, по всей вероятности, связано с наличием конденсата влаги на поверхности. Уменьшение полярной составляющей ПЭТФ с увеличением влажности можно объяснить проникновением адсорбционной воды в поверхностный слой полимерной пленки.
Работа поддержана Междисциплинарным проектом Президиума УрО РАН "Наноразмерные поверхностные структуры и их связь с механическими, химическими и физическими свойствами материалов" (2009-2011 п:).
3.7 Литература
7 Безуглый Б.А., Тарасов OA., Федорец А.А. // Коллоид. журн. 2001. № 6. С. 735.
4. Список литературы.