科普|接触角的工业应用

　　接触角是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。通过接触角的测量可以获得材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信息，接触角测量技术不仅可用于常见的表征材料的表面性能, 而且接触角测量技术在石油工业、浮选工业、医药材料、芯片产业、低表面能无毒防污材料、油墨、化妆品、农药、印染、造纸、织物整理、洗涤剂、喷涂、污水处理等领域有着重要的应用。

 

　　接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θc。
 

　　当θc=0，润湿；
 

　　当θc﹤90°，部分润湿或润湿，亲水；
 

　　当θc=90°，是润湿与否的分界线；
 

　　当θc﹥90°，不润湿，疏水；
 

　　当θc=180°，*不润湿。
 

　　超疏水：接触角θc>150°叫超疏水。超疏水超疏油纳米涂层应用在基材表面，滴水实拍图片，水接触角大于170度。
 

　　超亲水：接触角θc小于10°叫超亲水。实际使用中，接触角在5°以下就能有防雾效果。

 

　　接触角的工业应用：
 

　　任何两相物体相接处时，接触面的表面张力就表现为界面张力。用表示。
 

　　当气体在水中固体表面附着并达到平衡时，任意两相之间的界张力
 

　　可以看出，当3个力达到平衡时，有如下的平衡方程式，即：
 

　　固气= 固液+ 液气
 

　　式中，固气、液气和固液分别为固-气、和固-液界面的表面张力(或表面自由能)；为接触角。这一平衡状态方程式杨氏在1805年确定的，称为杨氏方程。
 

　　上式表明，接触角式三个相界面自由能的函数，它既与矿物表明性质有关，也与液相、气相的界面性质有关。凡是能够因其任何三相界面自由能改变的因素，都可以影响矿物表面的润湿性。
 

　　接触角度量与矿物可浮性的关系。根据杨氏方程，由θ的大小，可以度量不同矿物润湿程度的高低。 当θ液气，液滴被拉开，沿矿物表面展开，矿物表面被润湿，表现为亲水。
 

　　当θ>90°，固气< 液气，液滴收缩，沿矿物表面聚集成珠状，矿物表面不易被润湿，表现为疏水。
 

　　θ=90°，cosθ=0，规定为疏水表面与亲水表面的分界线。当θ=0，cos θ=1，固体被液体完全润湿。
 

　　当θ=180°，cosθ =-1，液滴对固体完全不润湿。
 

　　即接触角愈大，cos θ愈小，其可浮性愈好。并且cos θ值介于-1~1之间，于是对矿物的润湿性与可浮性的度量定义为
 

　　润湿性=cosθ
 

　　可浮性=1-cosθ
 

　　接触角与矿物可浮性之间的关系式：接触角愈大，cos θ值就愈小，其润湿性愈弱，则可浮性愈好；反之，接触角愈小，cos θ值就愈大，其润湿性愈强，则可浮性愈差。
 

　　矿物接触角可以测得，下表列出了部分矿物的接触角测定值，依据接触角可大致判断各种矿物的天然可浮性。

 

　　接触角测量仪的作用：
 

　　1、液滴和固体的静态接触角、动态接触角(前进角和后退角)和滚动角；
 

　　2、分析固体表面的表面能，及其极性和色散力组成和分布；
 

　　3、单纤维样品的接触角及其表面能；
 

　　4、通过振荡滴法测量液体界面粘弹特性，测量表面活性剂表面的表面驰豫、损耗和存储模量和表面粘度，研究乳液和泡沫的稳定性；
 

　　5、测量液体的表面张力，可以在多种温度、湿度、压力和其它特殊条件下进行。

 

　　接触角测量仪的应用：
 

　　1、评价表面处理的效果；
 

　　2、粘合与涂层过程中粘附力与稳定性研究；
 

　　3、塑料、玻璃、陶瓷、纸材、木料或金属的润湿性测试；
 

　　4、晶片和微电子产品的质量控制；
 

　　5、表面洁净度测试。