Способ определения смачиваемости поверхности твердых тел

Способ определения смачиваемости поверхности твердых тел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалнстическнх

Республик (ii>935750 (613Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 021080 (21) 2987606/18-25

Р М К з л с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

С 01 И 1З/00

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 150682. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 15. 06. 82 (И) УДК 543, 542 (088. 8) A В.Чадов, Е.Д.Яхнин, В.В.Бесков и Л.И.Сулакова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексных проблем полиграфии (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМАЧИВАЕМОСТИ

ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к измерению физико-химических параметров материалов на основе оценки смачиваемос-( ти поверхности твердых тел жидкос;тями.

Для оценки смачиваемости поверхности твердых тел могут быть использованы различные характеристики.

Известен способ огределения смачиваемости на основании измерения теплоты смачивания (1).

Однако известный способ не обеспечивает необходимой точности измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения смачиваемости по значению краевого угла смачивания, согласно которому каплю жидкости помещают между плоскопаралЛйльньваи поверхностями двух разных по составу образцов и измеряют функциональную зависимость силы, действующей со стороны капли жидкости на подложке, от расстояния и по полученньм результатам судят о величине краевого угла смачивания (2).

Однако этот способ неточен, поскольку краевой угол смачивания определяется косвенным образом, так как сила, препятствующая раэдвижению подложек, зависит наряду с краевым углом смачивания от ряда других факторов (объем капли, поверхностное натяжение и плотность жидкости, вес подложек и т.д.). Кроме того, способ требует сложной и дорогостоящей аппаратуры, а определение краевого угла смачивания сопряжено с громоздкими вычислениями.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности определения.

Поставленная цель достигается

15 тем, что согласно способу определения смачиваемости поверхности твердых тел путем размещения капли жидкости между плоско-параллельными поверхностями двух разных по соста2() ву образцов, раздвигают образцы со скоростью, не превышающей G /т) ° 10 где O u g - поверхностное натяжение и вязкость жидкости соответственно, до разрыва жидкого мостика с

25 образованием двух отдельных капель и рассчитывают отношение указанных масс, по которому судят о смачиваемости

Проведенные теоретические и экспе«

30 риментальные исследования покаэыва935750 ют, что существует критическая скорость раздвижения подложек Ч

6 /g - -у —, .где (3", г1 - поверх2Ь ностное натяжение и вязкость жидкости г h - минимальное расстояние между подложками) à O- максимальный радиус жидкой прослойки, ниже которой коэффициент распределения жидкости. между этими подложками однозначно определяется смачиваемостью исследуемых поверхностей и не зависит от скорости их раздвижения и других свойств жидкости и твердых поверхностей (вязкость жидкости, ее плот- 15 ность и т.д.). Так как объем капель при измерениях обычно составляет

w 10 сьев (что необходимо для исключения влияния веса на результат (см. ниже), а толщина расплющенной 2О капли, 10 см (что необходимо для обеспечения смачиваемости обеих подложек), то 2h/à Ф10 — 10 . Поэтому скорость раздвижения пластин не должна превыггать величины 25

О/Р) 10-2, Важно проводить измерения с небольшими каплями, чтобы исключить влияние их веса на результат. Известно, что влиянием гравитации при 3р описании капиллярных явлениИ можно пренебречь при условии, когда радиус капли меньше капиллярной постоянной е/2 О 7р. g, где Р плотность жндкости г g — ускорение силы тяжести. 35

Поэтому эксперимент следует провоТаблица1

Вода

Образцы

Q град

Кр

2,3

68

1,7

ПЭТФ

3,0

2,6

ПВХ

4,0

4,9

ПЭ

46

СКТ

101

Цинк (эталон) 60 Фторированный силаксановый каучук лестосиЛ, а.также сополимер, состоящий на 30% из силаксанового каучука и на 70% из винилсилаксанового каучука (CKT - 30%, СКТ — 703)

1 и сополимер, состоящий на 99% из силаксанового каучука и на 1% из

65 винилсилаксанового каучука (СКТ 99%

Пример,2. Исследовалось смачинание поверхности силаксановых каучуков 85%-ным водньм раствором глицерина. Использовали следующие каучуки: силаксановый каучук (СКТ) f винилсилаксановый каучук (СКТВ);

Фенилвинилсилаксановый каучук (СКТФВ)

Фторсилаксановый каучук (СКТФ); дить с каплями радиус которых меньше 2 g /р g, Измерение смачиваемости подложек проводится следующим образом.

На предварительно взвешенную исследуемую подложку наносят каплю жидкости, например 85е-ный водный раствор глицерина, что удобно ввиду малой скорости испарения такого раствора. K образцу с нанесенной на него каплей жидкости приближают эталонную подложку так, что капля расплющивается в тонкий слой толщиной 10 см. Затем с помощью устройства, обеспечивающего медленное раздвижение подложек, их раздвигают до разрыва жидкого мостика. После этого обе подложки взвешивают, определяют вес соответствующих капель и рассчитывают коэффициент распределения К вЂ” отношения масс капель жидкости.

Пример 1. Исследовалась смачиваемость. поверхностей полимеров различных классов водой и глицерином. Использовали следующие полимерыг полиэтилентерефталат (ПЭТФ)г поливинилхлорид (ПВХ)у полиэтилен (ПЭ) и силаксановый каучук (СКТ); эталонной поверхностью служил цинк.

Скорость раздвижения подложек составляла 10 см/с (для глицерина) и

10 cM/c (для воды); объем капель составлял 5 -10 см . Значения коэффициентов распределения К и соответствующих краевых углов смачиваP ния представлены в табл.1.

935750 характеризуют данные табл. 2. Увели- чение краевого угла на 7О приводит к увеличению Кр на 3 порядка. Таким образом, предлагаемый способ определения смачиваемости имеет большую чувствительность по сравнению с известными способами, основанными на измерении краевого угла.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с (О известными следующие преимушества! повышение точности при определении смачиваемости твердых поверхностейу использование простоЯ и дешевой аппаратуры высокую чувствительность

15 при сравнительной оценке смачиваемости низкоэнергетических поверхностеЯ. у абли цa

Образцы

Кр

Q, град

0,04

CKTB

19

СКТФТ

CKT 3 ОЪ, СКТВ 70%

CKT 993, СКТВ 1 Ъ

99

Формула изобретения

100 20

32 Лестосил 99

102

СКТФВ (эталон) 96 25

Из приведенных данных следует, что значения краевых углов смачивания g и коэффициентов распределе- 3{) ния К коррелируют друг с другом (с увеличением краевого угла смачивания жидкости на образце уменьшается остающаяся на нем доля жидкости, т.е. возрастает коэффициент переноса распределения Кр. Это доказывает; что значения коэффициентов распределения объективно характеризуют смачиваемость жидкостью данной твердой поверхности. Чувствительность метода резко возрастает при исследовании плохо смачивающихся низкоэнергетических поверхностей. что наглядно

Сост авит ель C . .Бело в одче нк о

Редактор М.Петрова Техред A. Бабинец Корректор А Ференц

Заказ 4196/42 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская Ha6., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

СКТВ 1%) . В качестве эталонной поверхности использовался фенилвинилсилаксановый каучук СКТФВ. Значения коэффициентов распределения К и краевых углов смачивания приведены в табл.2.

Способ определения смачиваемости. поверхности твердых тел путем размещения капли жидкости между плоскопараллельными поверхностями двух разных по составу образцов, о т л и ч а ю шийся тем., что, с целью повышения точности и чувствительности определения, раздвигают. образцы со скоростью, не превыщающей 0 /g. 10, где б и ) — поверхностное натяжение и вязкость жидкости соответственно, до разрыва жидкого мостика с образованием двух отдельных капель и рассчитывают отношение указанных масс, по которому судят о смачиваемости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цеттлемойер А., Нарайан К.

Межфаэная .граница газ — твердое тело. М., Мир, 1970, с. 129-150 °

2. Авторское свидетельство СССР

М 494661,кл. G 01 N 13/02,1971 (прототип).