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全球領(lǐng)先的表面張力儀測量技術(shù)——精確快速測量動靜態(tài)表面張力

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表面張力測量方法:氣泡壓力法與滴體積法

來源:本站原創(chuàng) 瀏覽 359 次 發(fā)布時間:2019-07-25

什么是動態(tài)表面張力?表面活性劑在表面或界面吸附的結(jié)果就是降低表面或界面張力。表面剛開始形成時的表面或界面張力同純液體相同,然后不斷降低直到達到平衡,需要的時間取決于表面活性劑的擴散速率及吸附速率。下面一起來了解下表面張力測量方法:氣泡壓力法與滴體積法。


動態(tài)表面或界面張力與平衡值不同,同樣動靜態(tài)測量方法也不同。動態(tài)表面張力儀(例如滴體積張力儀或氣泡壓力張力儀)在測量中界面尺寸是變化的。盡管這樣,如果這個變化是足夠慢的話,平衡值也可以像時間變化值一樣被測出。同樣,通過界面尺寸不改變的靜態(tài)方法(如Wilhelmy板法),也可以獲得隨時間變化的的平衡值。


在一些如噴涂,發(fā)泡,清潔,印刷,乳化或涂層過程中,界面形成非??欤谶@些過程中不僅僅只有表面張力的平衡值起決定作用,界面形成的動力學部分也存在。表面活性劑中的分子移動已經(jīng)成為表面或界面張力形成的重要因素。


1.氣泡壓力法


根據(jù)楊-拉普拉斯方程,球形氣泡的內(nèi)壓(拉普拉斯壓力)取決于曲率半徑r和表面張力σ。

p=2σ/r

當在液相中的毛細管頂端產(chǎn)生氣泡時,曲率先增加然后減小,其中會有最大壓力的產(chǎn)生。當曲線半徑同毛細管半徑相等時,此時曲率最大也對應著最大的壓力。

氣泡壓力測量的特性曲線,最大壓力位置


如果毛細管半徑已知,可以通過最大壓力pmax計算出表面張力,當毛細管浸入到液體中時,由浸沒深度和液體密度導致的靜壓P0必須從測量壓力中除去,氣泡壓力測量的結(jié)果公式如下:

測量結(jié)果對應的是一定表面年齡下的表面張力,表面年齡為從氣泡開始產(chǎn)生到最大壓力之間的時間。表面張力對表面年齡的關(guān)系可以通過不同的鼓泡速度測出。

表面張力同表面年齡的關(guān)系


這種關(guān)系在表面活性劑的使用上起到重要作用,在許多過程中由于表面活性劑的低擴散率和吸附率,界面張力從沒辦法達到平衡值。


氣泡壓力測量法能夠測算出如擴散系數(shù)和吸附系數(shù)這樣的表面活性劑參數(shù)。


2.滴體積法


滴體積法張力儀可以測定動態(tài)界面張力。一種液體通過處在另一個液相中的垂直毛細管產(chǎn)生液滴,液滴體積在同毛細管頂端分離時被測量,如果測量過程發(fā)生在空氣作為體相時,也可以測定動態(tài)表面張力。


在滴體積方法中,一種液相通過毛細管被引入到體相中,由于浮力作用試圖向上移動的液滴在毛細管頂端形成。

滴體積法張力儀測量原理


通過倒置的裝置,重相液滴從毛細管中滴落也是可行的。


由于界面張力γ的作用,液滴試圖在體相中保持盡可能小的界面。當液滴從毛細管上脫落時,新的界面產(chǎn)生,這需要克服相應的界面張力,液滴直到舉升力能夠補償毛細管潤濕長度上的界面張力時才會脫落,關(guān)系式如下:g=重力加速度,V=液滴體積,d=毛細管內(nèi)徑,Δp=兩相密度差


正常來說,該測量過程取決于給定總體積分界的液滴的數(shù)量或者收集到的液滴的總量。通常指定流速是不可能的。由于儲存體積的液柱的粘度和高度影響,在測量過程中數(shù)值會發(fā)生改變。


通過DVT50可以用光柵測量在一定流速下兩個脫離液滴之間的時間,這樣就可以通過流速預先決定界面年齡(液滴形成到脫離的時間),因此也就可以測量界面年齡下的界面張力。

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