润湿与粘附解析VIP专享VIP免费

5.2润湿与粘附5.2.1润湿的类型沾湿浸湿铺展5.2.2接触角和Young方程5.2.3非理想固体表面上的接触角表面粗糙度的影响组合表面吸附膜5.2.4测定固体表面张力的方法5.2.5粘附及其化学条件5.2.1润湿的类型润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在玻璃表面置换空气而展开。(使体系的Gibbs自由能降低）1930年Osterhof和Bartell把润湿现象分成沾湿、浸湿和铺展三种类型。润湿与粘附与润湿过程有关的现象外墙涂料景德镇青花瓷金属和陶瓷的封接荷叶上的水珠SLv图5.2.1沾湿过程1、沾湿（图5.2.1）(5.2.1)LVSVSLΔG≤0，沾湿过程可自发进行不管对什么液体和固体沾湿过程总是可自发进行的。结果：产生一个S-L界面，消失一个S-V界面和一个L-V界面。润湿与粘附沾湿的实质是液体在固体表面上的粘附，沾湿的粘附功Wa为(5.2.2)从式（4.4.2）知γSL越小，则Wa越大，液体越易沾湿固体。若Wa≥0，则（ΔG）TP≤0，沾湿过程可自发进行。固一液界面张力总是小于它们各自的表面张力之和，这说明固一液接触时，其粘附功总是大于零。因此，不管对什么液体和固体沾湿过程总是可自发进行的。润湿与粘附SVL图5.2.2浸湿过程2、浸湿（图5.2.2）SVSLG润湿与粘附浸湿过程引起的体系自由能的变化为(5.2.3)如果用浸润功Wi来表示，则有：(5.2.4)若Wi≥0，则ΔG≤0，过程可自发进行。浸湿过程与粘湿过程不同，不是所有液体和固体均可自发发生浸湿，而只有固体的表面自由能比固一液的界面自由能大时浸湿过程才能自发进行。SVSLGSLSViGW润湿与粘附置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。SVL图5.2.3液体在固体表面的铺展3、铺展（图5.2.3）SVLVSLG(5.2.5)润湿与粘附对于铺展润湿，常用铺展系数SL/S来表示体系自由能的变化，如(5.2.6)若S≥0，则ΔG≤0，液体可在固体表面自动展开。铺展系数也可用下式表示(5.2.7)Wc是液体的内聚功。Wa为粘附功,从上式可以看出，只要液体对固体的粘附功大于液体的内聚功，液体即可在固体表面自发展开。LVSLSVSLGS/caLVSLLVSVWWS2润湿与粘附注意:上述条件均是指在无外力作用下液体自动润湿固体表面的条件。有了这些热力学条件，即可从理论上判断一个润湿过程是否能够自发进行。但实际上却远非那么容易，上面所讨论的判断条件，均需固体的表面自由能和固一液界面自由能，而这些参数目前尚无合适的测定方法，因而定量地运用上面的判断条件是有困难的。尽管如此，这些判断条件仍为我们解决润湿问题提供了正确的思路。润湿与粘附5.2.2接触角和Young方程将液滴（L）放在一理想平面（S）上（如图5.2.4），如果有一相是气体，则接触角是气一液界面通过液体而与固一液界面所交的角。1805年，Young指出，接触角的问题可当作平面固体上液滴受三个界由张力的作用来处理。当三个作用力达到平衡时，应有下面关系或(5.2.8)这就是著名的Young方程。式中γSV和γLV是与液体的饱和蒸气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。cosLVSLSVLVSLSVcos润湿与粘附SVLθγSVγLVγSL图5.2.4液滴在固体表面的接触角LVSLSVcos润湿与粘附接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代入润湿过程的判断条件式，即可得：（5.2.10）（5.2.11）0)cos1(LVaGW01800Wa0cosLViGW0900Wi润湿与粘附粘湿：浸湿：铺展：(5.2.12)其中，θ=0或不存在，S≥0。根据上面三式，通过液体在固体表面上的接触角即可判断一种液体对一种固体的润湿性能。)1(cosLVGS润湿与粘附从上面的讨论可以看出，同一对液体和固体，在不同的润湿过程中，其润湿条件是不同的。对于浸湿过程，θ=90°完全可作为润湿和不润湿的界限；θ<90°，可润湿；θ>90°，则不润湿。但对于铺展，则这个界限不适用。在解决实际的润湿问题时，应首先分清它是哪一类型，然后才可对其进行正确的判断。如图5.2.5所示的润湿过...