第七章-液体对固体的润湿作用

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。在日常生活及工农业生产中，有时需要液固之间润湿性很好，有时则相反。如纸张，用做滤纸时，要求水对其润湿性好；包装水泥用的牛皮纸，则因水泥需要防水，要求水对其不润湿。1930年Osterhof和Bartell把润湿现象分成沾湿、浸湿和铺展三种类型。第六章液体对固体的润湿作用

沾湿沾湿：将气液界面与气固界面变为液固界面的过程。沾湿引起体系自由能的变化为：

式中，γls，γgs和γgl分别为单位面积固一液、固一气和液一气的界面张力。

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

从式知γsl越小，则Wa越大，液体越易沾湿固体。若Wa≥0，则ΔG≤0，沾湿过程可自发进行。浸湿浸湿是将固体完全浸入到液体中的过程，如将衣服浸泡在水中。浸湿过程引起的体系自由能的变化为

如果用浸润功Wi来表示，则是

若Wi≥0，则ΔG≤0，过程可自发进行。Wi越大，则液体在固体表面上取代气体的能力愈强。铺展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。体系自由能的变化为或S称为铺展系数，S>0是液体在固体表面上自动展开的条件。

SVL图液体在固体表面的铺展注意: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。

接触角和Young方程将液滴（L）放在一理想平面（S）上如果有一相是气体，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

或这就是著名的Young方程。式中γsg和γlg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）。

SgLθγsgγlgγsl液滴在固体表面的接触角接触夸角是谦实验炸上可赵测定洋的一翠个量谈。有拼了接宰触角糠的数方值，旷代入缘瑞润湿衡过程评的判婆断条侵件式姑，即锋可得吉：粘湿梦：浸湿泽：铺展贫：其中睬，θ=低0或不厘存在蚕，S≥柄0。根据衬上面报三式陶，通盘过液匆体在锅固体吸表面叼上的晕接触低角即泡可判肌断一善种液术体对蠢一种灭固体疫的润装湿性鹅能。从上详面的储讨论梨可以高看出语，对氏同一截对液意体和坐固体哀，在向不同鹅的润必湿过驴程中狡，其忘润湿稍条件吗是不鹊同的皆。实用拉时，样通常谷以900为界那：θ>9勿00，不预润湿插；θ<9搭00，润个湿；θ=00，或巾不存句在时股，铺忽展；接触史角的带测定躺滴毫或贴睡泡法直接欢观测妻处在广固体舰平面厕上的这液滴肚或贴俭泡外语形，污再用派量角吨器测θ角。滴液滴鸡或贴励泡的滨外形倡也可听投影仔或摄闪像后字，在据照片箭上直赠接测告量θ角。斜板家法当固歇体平滋板插摔入液愉体中句，在营三相抹交界歼处会套保持努一定脂的接灵触角慢。改蝇变插辛入的购角度济，直枕到液或面与骄平板勺接触弄之处惜一点其也不削弯曲糕，此照时板兵面与湖液面畜之间燥的夹孔角为练接触叨角。光反泄射法用强舟的光锦源通凝过狭牺缝，酱照射容到三婚相交线界处咏，改掠变入匹射光歪的方早向，佩当反却射光内刚好核沿着羞固体趁表面宅发出酱时，陪可以处根据掉入射完光与璃反射购光的恼夹角2计算霸接触望角。非理室想固渣体表妇面上匙的接歉触角一般答固体艺表面麻，由抽于：（l）固体锁表面奖本身顺或由协于表撑面污侍染（乞特别穷是高仍能表篇面）剖，固用体表胀面在往化学恳组成麦上往快往是纯不均能一的嫩；（2）因近原子执或离效子排冶列的背紧密栽程度喊不同代，不胆同晶彩面具忘有不孝同的胁表面备自由每能；目即使葬同一靠晶面劲，因面表面禾的扭绸变或久缺陷王，其遭表面盛自由喇能亦伏可能航不同塑；（3）表从面粗坝糙不础平等脚原因招，一械般实烛际表拨面均澡不是词理想先表面忙，给峰接触枝角的在测定掏带来鹊极大团的困幅难。本节婆主要鲜讨论似表面它粗糙枝度对诵接触恨角的篇影响夺。表面错粗糙辅度的奸影响将一但液滴卖置于笼一粗茧糙表纱面，有或此即We已nz渡e1方程睛，是We谱nz文el于19问36年提扣出来景的。稍式中r被称桐为粗耗糙因棵子，泻也就壤是真做实面晴积与舒表观长面积猪之比捡；θ’为某侨种液迁体在单粗糙大表面辫上的野表观绢接触建角。如果倚将式与竹接触合角计组算公仇式比隶较，呜可得对于辰粗糙赴表面志，r总是毅大于1。因此映：（1）θ＜90鞠°时，θ’＜θ，即在贩润湿蚕的前辈提下速，表梢面粗袭糙化衣后θ’变小饿，更问易为祝液体羡所润丧湿。（2）θ＞90烘°时，θ’＞θ，即在膝不润涂湿的替前提虫下，刻表面柳粗糙恳化后θ’变大区，更澡不易缘瑞为液瞧体所绳润湿旅。大多赔数有灶机液逐体在煎抛光愁的金揉属表终面上眼的接配触角品小于90海°，因他而在孕粗糙块金属副表面作上的们表观跳接触碌角更甲小。高纯水俱在光锻滑石极蜡表彻面上顺接触佳角在10悠5°转~1较10辩°之间巴，但也在粗补糙的道石蜡疮表面貌上，膛实验驻发现θ’可高饥达14掏0°。注意墓：We夹nz球el方程牵只适盐用于病热力差学稳脖定平渐衡状基态。固体改表面恨的润纳湿性辽和临下界表圈面张注力低能稠表面浮与高滥能表衔面从润挪湿方颠程来根看，跨只有般固体慈表面冈能足赶够大反才能极被液届体所蹈润湿色，要适使接讲触角魄为零隐，则rgs必须泡等于芽或大瓣于rls与rgl之和域。rgs虽不客易得巨到，彻但可季以肯粪定rgs必须陈大于rgl才有挠被该趁液体责润湿短的可砍能。一般暑常用振液体胡的表距面张务力都挣在10晨0m砌N.愉m-1以下型，便战以此痒为界瞧将固允体分赤为两购类：振一类叔是高调能表毅面，攀其表蛙面能域高于10辆0m径N.茧m-1的固乡丰体；心另一纺类是抚低能暴表面恋，其番表面监能低划于10株0m方N.浑m-1的固世体。一般疑无机扫固体筑，如极金属狭及其壤氧化碧物，脖硫化伍物卤该化物扮及各饿种无缴机盐垦的表邪面能缴较大激，属还高能味表面迷。它绑们与狐一般匆液体比接触渔后，等体系稳自由贝能有喷较大新的降浙低，鸟能为通这些筛液体悄润湿瞎。一般爬有机幻玉固体蹦和高您聚物大，其页表面探能与哲一般幼的液鼻体大峡致相胶当，喜甚至浊更低虑，属时于低役能表灶面。低能束表面干的润抖湿性高分愿子聚寇合物偶一般项属低撕能表罩面。颜高分王子固寒体的森润湿阿性与盘其分疯子中淡的元营素组写成有筹关。恢在碳摆氢链北中含跳有其鞭它杂蚂原子唱时，申润湿块性能乒改变铸。如盆加入薪氟原客子时中，润压湿性疾降低打。各庭种杂歇原子杯增加驱固体虏可润妥湿性辩的能所力大弱致次窝序如歇下：F<闲H<Cl<B吊r<馅I<艰O<沙N表面颗活性倡剂对项固体涂表面柿润湿搬性的驳影响表面竖活性认剂对冠固体眼表面塌润湿课性的猾影响蜡取决抓于表印面活隙性剂杏分子圾在液普固界感面上据定向歇吸附扣的状疏态和洒吸附栋量。高能矮表面政转化醋为低学能表旋面表面援活性盒剂的读极性归基向们着高奋能表协面，冒非极趋性基舟向外四的方颤式形剂成定畏向排询列的贱吸附蚕膜，贴于是松高能杜表面桶变成之低能妈表面河。低能伯表面标转化典为高勿能表届面与前罩相反定。润湿闪剂能促御使液秆体润彩湿固医体或蹄加速石液体控润湿揭固体勺的表张面活遣性剂记称为傲润湿避剂。润湿躁剂能粒改善教润湿蛛作用觉，其艺原因莲是它块能降诱低液当体的蜘表面盏张力鼻和固嚷液界民面张话力，活据润最湿方养程可附以定扯性判酒断接调触角联会变捏小，迷从而逝改善赛润湿店性能记。能作凤为润地湿剂荣的大辟多是吧阴离焦子型弊和非透离子叙型表沾面活云性剂技。一划般不萄使用其阳离站子表冰面活远性剂当，因强为大疏多数霞固体胀在溶骗液中暖常常脾带负隔电荷厚，表党面活俱性剂敬阳离雾子与别表面狸强烈如的电蜜性作尸用，奖往往照会使算得表乐面活猎性剂捞尾端追向着形水而帽变成纹疏水骡表面皇。用做拖润湿轻剂的寒阴离料子表搏面活影性剂箭的分嘉子结古构特保点疏水茶基支屡链化逢程度突高，奇极性己基位顽于分焰子中钩部，虎有利栋于提姿高润恰湿能鼠力。直链丛的表毁面活幅性剂咏，浓干度很龄低时阔碳氢隆链较涌长的厕比较使短的膨化合滚物能基更好败地改易善润纯湿作章用。忠但浓撇度高绢时，丸短链负的更瞒有效抓。在分贼子中评引入拉第二课个亲暖水性乞基或闪亲水适基团鞠，一康般对贼润湿赚不利惭。常用算的润辜湿剂阴离圾子表膏面活刷性剂嫩：烷基统硫酸矿盐，板如十育二烷坛基硫五酸钠霉；烷毕基磺阁酸盐绣；烷躺基苯驱磺酸输盐；因烷基露萘磺娘酸盐企等非离誉子表板面活赴性剂扔：含有扁适当丸数目宽的聚割氧乙妄烯脂蛮肪醇脱、硫串醇；港壬基伸酚聚范氧乙感烯醚镜、山誉梨醇圾脂肪耳酸酯腊等。润湿坡作用饺的应穴用洗涤洗涤判剂的宣作用一方丙面，产降低歉水的蜂表面昂张力乔，改掩善水模对洗底涤物吊表面赌的润动湿性蛾，从愉而去愁除固闭体表佣面的碧污垢战。另一浊方面朋是洗灶涤剂裤对油句污的泰分散筛和悬絮浮作过用，菠也就厕是使乌从固议体表弃面脱怨离下葬来能纤很好膏地分灯散在批洗涤固介质厅中，括不再哥沉积晋在固塘体表绸面。葛洗涤茂剂具计有乳他化能麻力，摩能将纺从物矿品表植面脱鼓落下非来的丝式液体认油污他乳化屑成小掠液滴惜而分别散、脂悬浮缩慧于水弦中。己阴离浙子表掀面活歪性剂预不仅递能使荷油-水界险面带塔电而巧阻止头油珠遥的聚绿结，趋而且精还能睬使已扒进入浊水相脖的固神体污梦垢表沾面带骑电，携防止思其重蔬新沉宫积在霜固体脉表面惠。非游离子冤