Betydningen, baggrunden og testmetoderne for grænsefladespænding
I en bred forstand defineres grænsefladespænding som den kraft, der skal bruges for at øge størrelsen af grænsefladen mellem to tilstødende faser, der ikke er fuldt blandet. I en snævrere forstand vedrører udtrykket væske/væske og væske/fast fase grænser, mens vi for væske/gas grænseflader henviser til overfladespænding og for faststof/gas grænseflader henviser vi til den frie energi af den faste overflade.
baggrund
Som et mål for arbejde pr. arealenhed eller kraft pr. fugtet længde har grænsefladespændingen enheder på N/m eller mN/m og er repræsenteret ved symbolerne σ eller .
Ved en fasegrænse er summen af vekselvirkningerne med molekylerne i samme fase større end summen af vekselvirkningerne med molekylerne i den anden fase. Derfor har molekylerne ved grænsefladen færre attraktive interaktionspartnere end i bulkfasen. Derfor danner faserne den mindst mulige grænseflade uden påvirkning af ydre kræfter. Der skal gøres noget for at øge størrelsen af grænsefladen.
Grænsefladespændingen forårsaget af den retningsbestemte adsorption af overfladeaktive stoffer ved grænsefladen mellem to ikke-blandbare væsker er væsentligt lavere end overfladespændingen af de to væsker. Systemer, der viser grænsefladespænding, består normalt af vand, olie, overfladeaktive stoffer eller overfladeaktive blandinger og salte. Normalt kaldes grænsefladespændingsværdien på 10-2~10-1mN/m lav grænsefladespænding. Grænsefladespændingsværdien under 10-3mN/m kaldes ultralav grænsefladespænding.
Bulkfase og molekylært miljø ved grænseflader
Som med overfladespænding er der en sondring mellem statisk grænsefladespænding (målt ved ligevægt ved en mekanisk uændret grænseflade) og dynamisk grænsefladespænding (målt, når grænsefladen ændrer sig).
betydning
Grænsefladespændinger spiller en vigtig rolle i mange processer og fænomener, hvor forskellige faser kommer i kontakt med hinanden:
Emulsioner og emulgering: Grænsefladespænding påvirker emulgering og tendensen til faseadskillelse.
Oliefortrængning (f.eks. tertiær råolieproduktion): Den organiske fase kan fortrænges efter oliefortrængning med vand, hvis grænsefladespændingen reduceres af overfladeaktive stoffer.
Kvalitetstest af hydrofobe væsker: Ældningen af hydrofobe væsker er ofte tæt forbundet med et fald i grænsefladespændingen med vand. Målingen af grænsefladespændingen er en vigtig kvalitetstest i dette tilfælde, for eksempel transformatorolier.
I tilfælde af fast-flydende fasegrænser påvirker grænsefladespændingen den langsigtede stabilitet af grænsefladekontakter, for eksempel under limnings- og coatingprocesser.
Målemetode
Væske-væske grænseflade:
Ringmetode ifølge Du Noüy: I denne metode måles den kraft, der virker på en fugtet ring på grund af spændingen af et tyndt lag væske, der trækkes ud, når ringen flyttes fra den ene fase til den anden.
Plademetode ifølge Wilhelmy: I denne metode måles de kræfter, der virker på en befugtelig plade, der er lodret nedsænket i den nedre fase.
Stangmetode: Samme som plademetoden, men bruger en cylindrisk stang med en mindre fugtet længde til at måle mindre væskevolumener.
Dråbevolumen metode: måler volumen af en dråbe væske, når den bryder væk fra en anden væske i et lodret kapillarrør.
Spinning drop-metode: En vandret kapillar fyldt med bulkfase og dråbefase sættes i rotation. Dråbens diameter, forlænget af centrifugalkraften, er relateret til grænsefladespændingen.
Vedhængende dråbemetode: I en bulk-væskefase bestemmes formen af dråben på nålen af faktorer som f.eks. grænsefladespændingen. Grænsefladespændingen kan bestemmes ud fra dråbebilledet ved hjælp af dråbeformanalyse.
Væske-fast interface:
Kontaktvinkelmåling: Ud over dens overfladefrie energi kan grænsefladespændingen af et fast stof med en bestemt væske også beregnes ud fra kontaktvinklerne for forskellige væsker med det faste stof.
Serie FT-ZL automatisk grænsefladespændingstester
Hvis du er interesseret, er du velkommen til at kontakte os
