Лако-красочные материалы — производство

Еще одной важной работой, связанной с краевыми углами смачивания и определе­нием поверхностной энергии твердых тел. является работа Зисмана [38]. В серии статей Зисман с сотрудниками смогли показать, что измерения краевого угла смачи­вания могут быть использованы как для определения критерия смачиваемости, так и в качестве методов исследования химии поверхностей. В этих экспериментах ряд ис­следуемых жидкостей, имеющих известные значения поверхностной энергии, были

использованы наряду с серией не содержащих примесей полимерных и неполимер­ных твердых тел для определения к|>аепых углов смачивания. Для серии жидкостей было установлено, что между косинусом краевого угла смачивания, полученным для какой-то жидкости на какой-то определенной поверхности, и поверхностной анерги­ей этой жидкости существует линейная или квазилинейная зависимость. Линейную зависимость можно экстраполировать к cosQ — 1 (или 0 — 0), показывая таким обра­зом величину поверхностного натяжения жидкости, при котором жидкость самопро­извольно смачивает поверхность твердого тела. Это поверхностное натяжение жид­кости обозначается термином критическое поверхностным натяжение смачивания твердого тела, или параметр ус

Математическая формула соотношения Зисмана описывается следующим выра­жением:

cosO = lW)(Yc-Ytl), (4.66)

где 0 — краевой угол смачивания: уп. — межфазное поверхностное натяжение между исследуемой жидкостью п воздушной фазой, насыщенной паром жидкости; уг— кри­тическое поверхностное натяжение смачивания; b — наклон кривой.

Как правило, линейную зависимость получают только. тля тех жидкостей, ко­торые образуют гомологический ряд (например, н-алканы) на несмачивающейся поверхности. Однако квазилинейная зависимость характерна для большой но­менклатуры жидкостей. Китазаки и Хата (391 показали, что параметр ус который ощіеделяют дня какой-то определенной поверхности, зависит от типа используемой жидкости. Таким образом, эти авторы предположили, что различные значения ус должны быть получены и приведены для различных гомогологичсских рядов жид­костей. Китазаки и Хата определили и привели значения ус для ряда жидкостей, для которых характерны силы дисперсионного взаимодействия, различные значения у, для жидкостей с водородными связями и различные значения для полярных жид­костей. Тот факт, что для каждого типа из указанных серий жидкостей получают рахтнчныезначения критического поверхностного натяжения смачивания, показы­вает. что у, не может рассматриваться как термодинамический параметр и его нель­зя путать с истинной поверхностной энергией твердого тела, которая может быть приблизительно определена методами измерения краевого угла смачивания. Метод, с помощью которого может быть измерена поверхностная энергия твердого тела, описан в предыдущем разделе (при описании оборудования для определения по­верхностных сил). Однако отсутствие термодинамического характера критического поверхностного натяжения смачивания не снижает эффективности этого параме­тра. В гл. 6 выполнен анализ критического поверхностного натяжения смачивания как основного критерия для получения удовлетворительной адгезии.

Критическое поверхностное натяжение смачивания твердого тела может быть ис­пользовано для описания химии поверхности. Зисман с сотрудниками установили за­висимость между ус и химической структурой ряда полимеров. Они смогли показать, что поверхность с преобладающим содержанием групп СП, имеет более высокое зна­чение критического поверхностного натяжения смачивания (31 мН/м), чем поверх­ность. для кото|юй характерно преобладающее содержание групп СИ (22 мН/м). Аналогичная зависимость была установлена между группами CF2 (18 мН/м) и CF, (15 мП/м). Аналогичные зависимости могут быть характерны для частично фтори — ровл1ШЫХ углеводородов и частично хлорированных углеводородов. В табл. 4.3 пред­ставлена зависимость между химической функциональностью поверхности и крити­ческим поверхностным натяжением смачивания.