ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние ПАВ на гистерезис смачивания из "Физико-химические основы смачивания и растекания" Рассмотрим вначале влияние ПАВ на порядковый (статический) гистерезис при избирательном смачивании. [c.188] Пусть 6м — статический краевой угол, который образуется при предварительном погружении твердого тела в воду (полярную жидкость), после чего на его поверхность наносится капля масла 0в — статический краевой угол, образующийся при погружении твердого тела в масло с последующим нанесением на его поверхность капли воды. Тогда разность ко = соз 0м — соз 0в представляет количественную характеристику порядкового гистерезиса (в отсутствие ПАВ) [1]. Во многих системах величина ко хорошо воспроизводится и не зависит от времени контакта твердого тела с жидкостями. [c.188] В присутствии ПАВ в растворе порядковый гистерезис усиливается. Как правило, гистерезис растет с увеличением адсорбции ПАВ на твердой поверхности и соответственно с увеличением концентрации ПАВ в растворе (см., например, рис. V. 2). В одной и той же системе твердое тело — вода — масло порядковый гистерезис проявляется тем сильнее, чем резче разница в адсорбируе-мости ПАВ на данной твердой поверхности из водного раствора и из масла [1]. Влияние ПАВ на порядковый гистерезис можно характеризовать разностью Лс — ко, где кс — гистерезис при смачивании раствором ПАВ с концентрацией с. Адсорбционная часть порядкового гистерезиса кс — ко особенно велика при образовании хемосорбционного слоя ПАВ на твердой поверхности. В ряде случаев, в особенности при контакте с резко гидрофильными или резко гидрофобными гладкими твердыми поверхностями (например, с плоскостями спайности некоторых кристаллов), порядковый гистерезис при избирательном смачивании чистыми жидкостями может быть очень мал Ло- О. В таких системах порядковый гистерезис наблюдается только при вводе в систему ПАВ и полностью связан с их адсорбцией на поверхности твердого тела. [c.188] Таким образом, й при избирательном смачивании гидрофобных поверхностей во всей области концентраций ПАВ os 0м os 0в и порядковый гистерезис смачивания положителен Ас О [1]. [c.190] Рассмотрим теперь влияние ПАВ на порядковый гистерезис в системе твердое тело — вода — газ (воздух). Для этих систем будем обозначать 0в — краевой угол, образованный каплей жидкости на твердой поверхности, и 0г — краевой угол, который устанавливается при контакте пузырька газа (воздуха), подводимого снизу к поверхности твердого тела, предварительно погруженного в жидкость (см. рис. I. 1). [c.190] В системах вода — воздух — гидрофобное твердое тело порядковый гистерезис часто отсутствует. При растворении в воде ПАВ возникает порядковый гистерезис, который растет с увеличением концентрации ПАВ краевые углы 0в, образующиеся при нанесении капли раствора, уменьшаются с ростом концентрации более резко, чем краевые углы 0г при контакте с пузырьком воздуха (рис. V. И). Соответственно инверсия смачивания для капли водного раствора ПАВ достигается при меньших концентрациях, чем при подводе пузырька воздуха под парафинированную пластинку, находящуюся в растворе ПАВ [1]. [c.190] Порядковый гистерезис при смачивании гидрофобных материалов растворами ПАВ связан со следующими причинами [1]. На поверхности капли водного раствора до контакта с гидрофобным твердым телом (например, парафином) молекулы ПАВ ориентированы углеводородными цепями в сторону воздуха. Поэтому при достаточном насыщении монослоя капля раствора растекается по парафину так же легко, как капля чистой углеводородной жидкости. В такой системе ПАВ снижают поверхностные натяжения сгщг и в особенности Отж, тогда как поверхностное натяжение Отг не зависит от концентрации. Благодаря снижению поверхностного натяжения СТтж инверсия смачивания происходит уже при небольших концентрациях ПАВ. [c.190] При смачивании водными растворами ПАВ гидрофильных твердых тел (например, кварца, малахита, кальцита) сильное влияние на краевые углы оказывают только хемосорбирующиеся ПАВ, которые образуют на твердой поверхности гидрофобизующий монослой с ориентацией углеводородных цепей в сторону жидкой фазы (см. У.З). В таких системах хемосорбция влияет в основном на краевые углы бв (при контакте капли раствора с подложкой), тогда как краевые углы 6г при контакте с пузырьком воздуха в среде раствора зависят от концентрации сравнительно мало и близки к равновесному значению. Гистерезис резко возрастает по мере насыщения адсорбционного слоя. На изотерме созвг = [(с) нет точки инверсии, тогда как изотерма со5 0в = /(с) переходит в область несмачивания уже при весьма малых концентрациях ПАВ. Таким образом, в этих системах, как и при избирательном смачивании гидрофобных поверхностей, статический гистерезис смачивания положителен Лс О [1]. [c.191] Возрастание краевых углов натекания и оттекания при увеличении концентрации гидрофобизующих ПАВ наблюдалось и в некоторых других системах, например при контакте пузырька азота с плоскостью спайности гидрофильного минерала галенита РЬ5, погруженного в водный раствор этилксантата калия или гексил-меркаптана [319]. В этой системе большое влияние на краевые углы оттекания оказывает pH раствора, поскольку наряду с ПАВ на галените адсорбируются ионы гидроксила. При больших pH краевые углы оттекания уменьшаются поэтому до нуля, тогда как краевые углы натекания, зависящие от адсорбции на границе азот — галенит, составляют несколько десятков градусов. [c.192] Проявление кинетического гистерезиса в ряде случаев сильно зависит от природы ПАВ, причем даже небольшие изменения в строении и составе молекулы могут вызвать весьма большие эффекты. Например, при контакте воды со стеклом, на котором адсорбирован монослой триметилхлорсилана, проявляется гистерезис, а при адсорбции дихлордиметилсилана он отсутствует [320]. [c.192] Влияние ПАВ на гистерезис зависит также от условий формирования адсорбционного слоя. Так, если на полированной поверхности гидрофильного твердого тела ПАВ адсорбируется из водного раствора, краевые углы натекания и оттекания, образуемые при последующем контакте насыщенного монослоя с каплей воды, одинаковы следовательно, кинетический гистерезис отсутствует. Если же адсорбция ПАВ происходит из органического растворителя, краевой угол натекания заметно возрастает, тогда как краевые углы оттекания не изменяются (по сравнению с адсорбцией из воды). Таким образом, при адсорбции ПАВ из неполяфной жидкости кинетический гистерезис проявляется тем сильнее, чем длиннее углеводородная цепь молекулы ПАВ (табл. V. 3) [304]. [c.192] При смачивании жидкостями, молекулы которых настолько велики, что они не в состоянии проникнуть между молекулами адсорбционного слоя, кинетический гистерезис может отсутствовать. Например, при контакте иодистого метилена с монослоями октадециламина, адсорбированными из различных растворителей, краевые углы натекания и оттекания различаются лишь в пределах ошибки измерения. Следует в связи с этим отметить, что иодистый метилен имеет сравнительно высокое поверхностное натяжение (50,8 мДж/м при 20°С) и поэтому образует большие краевые углы с большинством органических веществ. Вместе с тем он медленно испаряется при комнатной температуре. Эти особенности в сочетании с отсутствием кинетического гистерезиса позволили рекомендовать иодистый метилен в качестве эталонной жидкости для сравнения смачиваемости полимеров и твердых тел, покрытых гидрофобизующими монослоями ПАВ [321]. [c.193] Влияние проникновения молекул жидкости в адсорбционный монослой на кинетический гисгерезис смачивания убедительно подтверждают данные, полученные при контакте многих органических жидкостей, а также воды с полированной поверхностью хрома, на которой был адсорбирован монослой перфторгептил-гептадекановой кислоты, в котором линейный размер пор не превышал 2,9 нм. При контакте с предельными жидкими углеводородами, глицерином и другими веществами с молекулами длиннее 4,0 нм гистерезис отсутствовал. При смачивании жидкостями, молекулы которых сравнительно невелики, различие краевых углов натекания и оттекания есть и оно растет по мере уменьшения мольного объема жидкости [322]. [c.193] Вернуться к основной статье