ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Смачивающая способность растворов ПАВ из "Физико-химические основы смачивания и растекания" Для оптимального управления смачиванием нужны количественные характеристики, позволяющие оценивать влияние ПАВ на краевые углы и сравнивать действие различных ПАВ. Ниже рассматриваются некоторые критерии смачивающей способности водных растворов ПАВ на границе твердое тело —воздух. Аналогичные критерии могут применяться и при избирательном смачивании, а также при смачивании растворами ПАВ в органических жидкостях (масле), но с учетом особенностей адсорбции ПАВ из неполярных жидкостей. [c.174] Таким образом, по отношению к гидрофильным твердым телам смачивающая способность ПАВ пропорциональна поверхностной активности ПАВ —(1оукт1с1с) на границе вода—воздух. Поэтому в пределах одного гомологического ряда смачивающая способность должна увеличиваться при удлинении углеводородной цепи. Такая закономерность наблюдалась, например, при смачивании металлов, покрытых естественной окисной пленкой, водными растворами спиртов (рис. V. 4). [c.175] При контакте водных растворов с гидрофобными телами ПАВ адсорбируются на твердой поверхности и Отж/ с Ф 0. Поэтому для оценки смачивающей способности ПАВ на основании уравнения (V. 9) необходимо выбрать вполне определенную, химически инертную подложку. По ряду причин таким эталоном может служить поверхность твердого парафина [1]. На границе с водой парафин обладает большой разностью полярностей поэтому он абсолютно гидрофобен и и на нем хорошо адсорбируются ПАВ, растворенные в воде. В насыщенном адсорбционном монослое молекулы ПАВ ориентируются углеводородными цепями в сторону парафина, что обеспечивает гидрофилизацию подложки и инверсию смачивания при определенных концентрациях ПАВ. Далее, поверхность парафина обычно бывает настолько гладкой, что гистерезисные явления, связанные с шероховатостью твердой поверхности, сводятся к минимуму. В последнее время интерес к изучению смачивания парафина возрос также в связи с развитием молекулярных теорий смачивания, учитывающих дисперсионные взаимодействия между подложкой и жидкостью. Именно эти силы обусловливают адгезию жидкостей на парафине, поэтому анализ экспериментальных данных о смачивании парафина позволяет рассчитать дисперсионные взаимодействия на границе с разными жидкостями [12]. [c.175] Влияние ПАВ на смачивание парафина изучено наиболее подробно для системы парафин — водный раствор ПАВ — воздух. Как и при избирательном смачивании, в этой системе при использовании соответствующих ПАВ может происходить инверсия смачивания [305]. [c.175] Отсюда следует, что и по отношению к гидрофобным материалам смачивающая способность w пропорциональна поверхностной активности данного ПАВ (—dawjd ) на границе вода — воздух. Соответственно, в гомологическом ряду влияние ПАВ на смачивание парафина растет с удлинением углеводородной цепи — аналогично правилу Дюкло — Траубе при сравнении поверхностной активности гомологов на границе воздух — жидкость. Этот вывод подтверждается тем, что изотермы смачивания парафина растворами ПАВ, относящихся к одному гомологическому ряду, а также взаимное расположение этих изотерм весьма сходны с изотермами понижения поверхностного натяжения = f (с) на границе воздух — водный раствор ПАВ (рис. V. 5) (ст — поверхностное натяжение воды). [c.176] Уравнение (V. 12) позволяет анализировать влияние ПАВ на смачивание различных гидрофобных материалов. Действительно, для любых систем работа адгезии Wa 0. Далее, по определению, для растворов ПАВ (—domrld ) 0. Поэтому правая часть уравнения (V. 12) всегда положительна. Следовательно, в системах низкоэнергетический твердый материал — воздух — водный раствор ПАВ краевые углы должны уменьшаться с увеличением концентрации раствора и тем сильнее, чем выше поверхностная активность ПАВ на границе вода — воздух. Для ПАВ, образующих в водном растворе мицеллы (см. V. 5), этот вывод справедлив в области концентраций ниже критической концентрации мицеллообразования. [c.177] Метод оценки эффективности смачивающего действия ПАВ по концентрации, соответствующей полному смачиванию, пригоден не только по отношению к водным растворам, но и к растворам ПАВ в неполярных жидкостях. [c.179] Приведенные выше способы оценки смачивающей способности ПАВ применимы для таких систем, в которых на границе твердое тело —жидкость адсорбируются только молекулы растворенного вещества. Сложнее учесть влияние ПАВ на краевые углы и оценить их смачивающую способность, если существенную роль играет и адсорбция молекул растворителя. Эта проблема анализировалась теоретически (с учетом хемосорбционных процессов) на основе статистической термодинамики для случая контакта однородной твердой поверхности с бинарным раствором [309]. Полученные при этом соотношения оказываются весьма сложными и их трудно использовать практически как для обработки экспериментальных данных, так и для расчета изотермы смачивания. [c.179] При смачивании чистой жидкостью Г = О, Стшг = и уравнение (V. 13) принимает вид os Во = 2а — 1. Таким образом, при одновременной адсорбции молекул растворителя и ПАВ мерой смачивающей способности может служить коэффициент к. [c.179] Уравнение ( .13) применимо при выполнении ряда ограничений идеальности раствора, аддитивности адсорбции растворителя и ПАВ, нерастворимости твердого тела в жидкости. При выполнении этих условий уравнение (V. 13) удовлетворительно согласуется с экспериментальными результатами, например при контакте парафина с водными растворами спиртов (от этилового до октилового) [311] и мыл (децил-, додецил- и тетрадецилсульфатов натрия) [312]. Хорошее согласие обнаружено также при контакте с водными растворами стеарата натрия, причем удельная адсорбция стеарата измерялась методом меченых атомов [310]. [c.180] Вернуться к основной статье