4.Управление смачиванием

смачивание шероховатость адгезия когезия

Методы регулирования смачивания основаны главным образом на изменении удельных поверхностных энергий тг и тж, , а также поверхностного натяжения жидкостижг. Физический метод основан на электрической поляризации, связанной с зависимостью поверхностного натяжения электрода от его электрического потенциала (электрокапиллярность), воздействии электрических и магнитных полей, изменении температурыры, обработки поверхности твердых тел ионизирующими излучениями. Наиболее универсальный метод регулирования смачивания состоит в использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ). Растворение ПАВ в жидкости уменьшает ее поверхностное натяжение; вместе с тем возможна адсорбция ПАВ на границе твердое тело-жидкость с соответствующим изменением поверхностной энергии тж. Предварительная выдержка образцов данного твердого материала в растворе ПАВ приводит к образованию на его поверхности адсорбционных слоев, которые могут частично или полностью "экранировать" ее. Такое модифицирующее действие позволяет качественно менять характер контактного взаимодействия жидкости с твердым телом. Можно, например, гидрофобизировать гидрофильные материалы или, напротив, гидрофилизировать гидрофобные подложки.

Для улучшения смачивания водой обычно применяют смачиватели - растворимые, хорошо адсорбирующиеся, поверхностно-активные вещества, понижающее поверхностное натяжение на границе твердое тело-жидкость и одновременно на границе жидкость-воздух. При нанесении на поверхность смачивателя краевой угол, являющийся мерой смачивания, согласно уравнению (1) , уменьшается в результате снижения значений тж и ж, а смачивание соответственно возрастает.

Обычно молекулы смачивателей дифильны, что характерно для всякого поверхностно-активного вещества, и адсорбируются на поверхности воды, ориентируясь углеводородными цепями наружу в воздух, благодаря чему на поверхности воды создается как бы пленка углеводорода. Этим и объясняется понижение поверхностного натяжения раствора и повышение смачивающей способности до значений, соответствующих поверхностным натяжениям органических неполярных жидкостей.

Интересным свойством монослоев поверхностно-активных веществ является их способность переходить из раствора на твердую поверхность и образовывать на этой поверхности полимолекулярные слои. Это свойство было обнаружено еще Блоджетт на следующем опыте.

В мономолекулярный плотно упакованный слой молекул поверхностно-активного вещества, образованный на поверхности воды, осторожно вводят в вертикальном положении стеклянную пластинку. При погружении этой пластинки гидрофильная поверхность ее покрывается мономолекулярным слоем поверхностно-активного вещества, причем полярная часть молекул вещества будет обращена к полярной поверхности стекла и поверхность пластинки, таким образом, станет гидрофобной. После этого пластинку вместе с адсорбированным на ней слоем поверхностно-активного вещества осторожно извлекают из раствора. При этом на пластинке, уже адсорбировавшей мономолекулярный слой поверхностно-активного вещества, адсорбируется второй слой того же вещества, причем неполярные радикалы молекул этого слоя обращены к неполярным радикалам первого слоя, т.е. по направлению к пластинке. В результате на поверхности пластинки образуется бимолекулярный слой молекул, обращенных друг к другу неполярными радикалами, а поверхность пластинки станет снова гидрофильной. Неоднократно повторяя эту операцию, можно перенести на пластинку значительное число слоев поверхностно-активного вещества, делая поочередно поверхность пластинки то гидрофобной, то гидрофильной. [2]