Способ определения краевого угла смачивания жидкости

Способ определения краевого угла смачивания жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАЕВОГО УК1А СМАЧИВАН1И ЖИДКОСТИ, заключающийся в измерении геометрических размеров капли, лежащей на твердой поверхности, и определении по ним краевого угла, отличаю щи йс я тем, что, с целью обеспечения возможностиопределения краевых углов высоковязких жидкостей, капли формируют из растворов исследуемой жидкости с различной концентрацией растворителя в интервале от 10 до 40 мае.%, определяют краевой угол для каждой капли, строят зависимость краевого угла от концентрации растворителя, а краевой угол исследуемой жидкости определяют путем экстраполяции полученной зависимости (Л на нулевое значение концентрации растворителя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(5)) Q 0 1 Й 1 3 / 0 2

%"

"„ВР

Фиг.1

60

С,ра7с. %

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3479623/18-25 (22) 06.08.82 (46) 15.02.84. Бюл. 9 6 (72) (0.А.Крепкий, A.Д.Яковлев, В.С.Куликов и Е.Н.Михайлова (71) Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт им. Ленсовета и Ленинградское научно-производственное объединение "Пигмент" (53) 621-386 (088.8) (56) 1.3имон A.Ä. Адгезия жидкости

;и смачивание. М., "Химия", 1974, с ° 54.

2.Адамсон А» Физическая химия поверхностей; M. "Мир", 1979, с. 275 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАЕВОГО УГ)1А СМАЧИВАНИЯ ЖИДКОСТИ, заключающийся в измерении геометрических размеров капли, лежащей на твердой поверхносги, и определении по ним краевого угла, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения возможности определения краевых углов высоковяэких жидкостей, капли формируют из растворов исследуемой жидкости с различной концентрацией растворителя в интервале от 10 до

40 мас.Ъ, опоедепяют коаевой угол для каждой капли, строят зависимость краевого угла от концентрации растворителя, а краевой угол исследуемой жидкости определяют путем экстраполяции полученной зависимости на нулевое значение концентрации растворителя.

С:

1073628

Изобретение относится к способам определения краевых углов смачивания вязких жидкостей — пленкообраэователей, являющихся основ ным компонентом лакокрасочных материалов, используемых для противокорроэионной защиты изделий и сооружений ипредназначенных для нанесения под водой.

Необходимость окраски под водой обусловлена отсутствием ноэможнос- 10 ти регулярного доконания крупных плавсредств, а также проведением ремонтных работ гидротехнических соору>кений, Нанесение защитных покрытий н этих условиях возможно 15 только н среде воды. Одним иэ оснонных требований, предъявляемых к ма iериалам для нанесения под водой, является отсутствие в их составе растворителей, поэтому их нанесе- 70 ние определяется глав ным образ ом способностью пленкообразователей смачивать пов ерхность твердого т ела под водой. Способность лакокрасочного материала наноситься на поверх- 25 ность под водой характеризуется краеным углом сглачинания подло>кки под водой, который имеет отличные значения от аналогичного показателя на воздухе. 30

Из вест ен способ опр еделе ния краевого угла сплачивания по высоте подъема жидкости, примыкающей к стенке сосуда. В этом случае измеряется высота мениска и по формуле 35 производится расчет краевого угла (1), Однако для расчета требуются экспериментальные значения плотности исследуемой жидкости и ее поверхностное натяжение на границе с воздухом.

Сгособ неприменим к изучению вязких жидкостей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения краевого угла смачивания жидкости, заключающийся н измерении геометрических размеров капли, лежащей на твердой поверхности, и определении по ним краеного угла. Краевой угол может быть измерен также с помощью микроскопа, снабженного шкалой дуговых градусон (2)

Недостатком =т-ого способа явля,ется ненозмо. .<ность исследования высоконязких пле>п<ообраэонателей, предназначенных для нанесения под водой, так как происходит ухудшение растека ния и смач ива ния пов ерхности твердог"о тела эа счет влияния вязкости, что, в свою очередь, сказывается на установлении равновесия 60 н системе. В случае вязких материалов равновесие н реальный промежуток времени исследования не устанавливается, поэгому невозможно получить .каплю сферической срормы, что явпяет- 65 ся необходимым условием для измеренияя с достаточной точностью. Кроме того, вызывает определенные трудности дозировка вязких пленкообразонателей при определении краевого угла смачивания, так как оптимальный объем капли при этом составляет примерно 1 мм .

Целью изобретения является обеспечение возможности определения краевых углов высоковязких жидкостей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения краевого угла смачивания жидкости заключающемуся н измерении геометрических размеров капли, лежащей на твердой поверхности, и определении по ним краевого угла, капли формируют из растворов исследуемой >кидкости с различной концентрацией растнорителя в интервале от 10 до 40 мас. Ъ, определяют краевой угол для каждой капли, строят занисимость краеногo угла от концентрации растворителя, а краевой угол исследуемой жидкости определяют путем экстраполяции полученной зависимости на нулевое значение концентрации растворителя.

Проведенные исследования показали, что при добавлении растворителя ксиол, толуол, 6ензол, хлороф орм и другие) н лакокрасочный материал наблюдается сложная зависимость краевого угла смачинания поверхности под нодой от содержания .растворителя с четко выраженным минимумом при 40Ъ-ном содержании растворителя

При унеличении количества растворителя смачинающая способность этого материала под водой ухудшается, что наблюдается для всех исследованных растворителей. При анализе зависимости краевorо угла смачинания поверхности под водой от содержания растворителя обнаружена неожиданная линейность в диапазоне от 0 до

40 мас.Ъ содержания растворителя.

Статистическая обработка результатов измерений показала, что вероятность линейного характера этой зависимости составляет 98-99;-. .Использование растворов с содер>канием растворителя менее 10Ъ невозможно . ввиду значительной их вязкости.

На фиг. 1-4 приведены зависимости кр-:оного угла смачинания раствора (6) олигомерон в раэлич ных растворителях от концентрации растворителя (C ), на фиг. 1 — зависимость для раствора эпоксиолигомера ЭД-20 н ксилоле на фиг. 2 — для раствора

ЭД 20 в толуоле, на фиг. 3 — для раствора ЭД-22 в хлороформе, на фиг.4 для раствора Э-40 н бензоле.

Способ осуществляется следующим образом.

1073628

Краевой угол смачивания, дуг.град., по примерам

J з

Способ измерения

Известный

103+5

103+5

82+6

100+2

Предлагаемый

100+2

102+3

79+2

Первоначально готовят растворы исследуемого материала в несмешивающемся с водой растворителе с содержанием от 10 до 40 мас.Ъ этого растворителя. Затем известным способом последовательно измеряют краевые углы смачивания поверхности твердого тела каждым из приготовленных растворов под водой. По полученным результатам измерения строят график зависимости краевых углов смачивания от содержания растворителя.

Экстраполируя полученную прямую в область нулевого содержания растворителя (т.е. до пересечения с осью координат), определяют значение краевого угла смачивания для исследуемого пленкоофразователя.

Пример 1. Исследуемый материал — эпоксиолигомер ЭД-20 с вязкостью 29,2 Па с определенной при 25 С.

Подложка — сталь 3. На основе олигомера готовят. растворы в ксилоле. Со держание ксилола в растворе 10

60 мас. Ъ. Образец. подложки с подготовленной поверхностью помещают в измерительную кювету, заполненную дистиллированной водой. Под водой на его поверхности из микрошприца выдавливают капли одного из исследуемых растворов. После установления равновесия (15-20 мин) с помо-щью микроскопа, снабженного шкалой дуговых градусов, измеряют краевой угол смачивания исследуемого раствора. Затем производят смену воды и образца подложки .в кювете и измеряют краевой угап смачивания поверхности подложки следующим раствором олигомера под водой. ИзмереДля олигомера Э-40 невозможно определить краевой угол смачивания известным способом в связи с тем, что из-за высокой вязкости он не формирует каплю сферической формы под водой.

С целью оценки точности определения в таблице приведены значения ния повторяют для всех укаэанных растворов. По результатам измерений строят графики зависимости краевого угла смачивания от содержания ксилола в растворе фиг. 1 . Экстраполируя полученные значения краевых углов для растворов с содержанием ксилола от 10-40 мас. Ъ до нулевого содержания растворителя, определяют краевой угол смачивания олигомером ЭД-20 поверхности стали 3 под водой.

Пример 2. Исследуемый мате". риал — эпоксиолигомер ЭД-20 с вязкостью 29,2 Па с. Подложка — стекло.

15 Растворитель — толуол. Краевой угол смачивания определяют аналогич но примеру 1. Результаты измерения представлены на фиг. 2.

20 Пример 3. Исследуемый материал — эпоксиолигомер ЭД-22 с вязксотью 11,0 Па с. Подложка — сталь 3.

Растворитель — хлороформ. Краевой угол смачивания определяют аналогич25 но примеру 1. Результаты измерения представлены на фиг. 3.

Пример 4. Исследуемый материал — эпоксиолигомер Э-40 с вязкостью, определенной при 25 С,55,3 Па с.

Подложка — сталь 3 ° Растворитель бензол. Краевой угол смачивания определяют аналогично примеру 1. Результаты измерения представлены на фиг. 4.

В таблице приведены результаты измерения краевых углов смачивания пленкообразователей по известному и предлагаемому способам. краевых углов смачивания с указанием границ доверительного интервала для степени надежности ос =0,95.

55 Как видно из приведенных приме ров, предлагаемый способ определения краевых углов позволяет измерять краевые углы смачивания высоковязкими пленкообразователями твердых

60 подложек под водой.

1073628

107362S

Составитель A. Кощеев

Редактор М. Петрова Техред М.Тепер Корректор А.Тяско

Заказ 319/41 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная,4

g, zpu3

100

20 Я

Ьг.Ф

Я Я

Спас. /