Лако-красочные материалы — производство

Фаукс [34] предложил разделить поверхностную энергию материала на потенци­ал міме энергии взаимодействия, которые были рассмотрены в первой части данной главы. Из квантовой механики известно, что суммирование значений потенциаль­ной энергии является по существу неправильным, так как в данном случае прене­брегают многими перекрестными членами уравнений. Гипотеза Фаукса является приближением первого порядка, которая в упрощенном виде показывает, что по­верхностная энергия материала может быть разделена на отдельные компоненты. Таким образом

у = у’+у’+у,+…, (4 63)

где уг вклад полярности в поверхностную энергию: у* вклад взаимодействия диполь—наведенный диполь в поверхностную энергию; yw — вклад дисперсионной силы в поверхностную энергию.

Фаукс также предложил фундаментальную гипотезу, имеющую определенное значение для исследования границ раздела и явления адгезии: материалы, для ко­торых характерно только взаимодействие дисперсионных сил, взаимодействуют с другими поверхностями исключительно по этому механизму. Фаукс также утверж­дает, что полярная сила и силы взаимодействия диполь-наведенный диполь оказы­ваются пренебрежимо малыми, когда один из двух материалов на границе раздела являет ся неполярным. Математически это может быть описано уравнением

У.2 = У, + У,-2>/уМ. (4.64)

где у, и уг — описанные выше значения поверхностной энергии; у1* и у ‘2 компонен­ты дисперсионных сил поверхностной энергии материалов 1 и 2 соответственно.

Анализ уравнения (4.64) и сравнение его с уравнением (4.61) показывают пра­вильность гипотезы Фаукса, что в случае взаимодействия дисперсионных сил пара­метр взаимодействия практически равен 1.

Фаукс выполнил несколько оригинальных экспериментальных исследований [35], в процессе которых он измерял межфазную поверхностную энергию между не­которыми типами жидкостей и которые показали справедливость уравнения (4.64). Одной жидкостью являлся н-алкан (для которого по его природе характерно на­личие исключительно дисперсионной силы), а другой жидкостью была ртуть. Экс­периментально полученные значения межфазного поверхностного натяжения уди­вительным образом оказались постоянными для нескольких типов углеводородов. Используя результаты данного эксперимента. Фаукс смог рассчитать значение дис­персионной силы в поверхностной энергии ртути. Далее в процессе другой серии экспериментов по оценке межфазного поверхностного натяжения при использова­нии ртути были оп]>едслены значения дисперсионной силы еще для одной серни жидкостей, в том числе для воды, в результате этого эксперимента было получе­но значение энергии, равное 17 мДж/м7, что удивительно совпадает с величиной, полученной в теоретических расчетах (36]. Таким образом, экспериментальные результаты, полученные Фауксом. в какой-то степени подтверждают справедли­вость приведенного уравнения и возможность разделения поверхностной энергии материалов на отдельные составляющие. Этот вопрос еще раз рассматривается в разделе, посвященном кислотно-щелочным взаимодействиям.

Гипотеза Фаукса относительно жидкостей, для которых характерно наличие дис­персионных сил. получила дальнейшее развитие и в настоящее время известна под термином теория фракционной полярности. Другими словами, для каждой жидко­сти и твердот тела характерно существование как дисперсионной, так и полярной силы. Одно из таких уравнений было предложено Оуэнсом и Вендтом [371 и имеет следующий вид:

(4.65)

Это уравнение показывает, что если известны молярная сила и дисперсионные составляющие поверхностной энергии твердого тела, то работа сил адгезии может определяться суммой квадратных корней членов уравнения. Данное уравнение мо­жет быть использовано при анализе результатов различных зкснсрнмен гальных ис­следований. Однако теорию фракционной полярности нельзя считать совершенной. Ошибочные результаты получают, если анализ выполняют, не учитывая уравнение Оуэнса — Вендта.