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

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表面張力測(cè)量方法:氣泡壓力法與滴體積法

來(lái)源:本站原創(chuàng) 瀏覽 359 次 發(fā)布時(shí)間:2019-07-25

什么是動(dòng)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(kāi)始形成時(shí)的表面或界面張力同純液體相同,然后不斷降低直到達(dá)到平衡,需要的時(shí)間取決于表面活性劑的擴(kuò)散速率及吸附速率。下面一起來(lái)了解下表面張力測(cè)量方法:氣泡壓力法與滴體積法。


動(dòng)態(tài)表面或界面張力與平衡值不同,同樣動(dòng)靜態(tài)測(cè)量方法也不同。動(dòng)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(cè)量中界面尺寸是變化的。盡管這樣,如果這個(gè)變化是足夠慢的話,平衡值也可以像時(shí)間變化值一樣被測(cè)出。同樣,通過(guò)界面尺寸不改變的靜態(tài)方法(如Wilhelmy板法),也可以獲得隨時(shí)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(guò)程中,界面形成非??欤谶@些過(guò)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(dòng)力學(xué)部分也存在。表面活性劑中的分子移動(dòng)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(dāng)在液相中的毛細(xì)管頂端產(chǎn)生氣泡時(shí),曲率先增加然后減小,其中會(huì)有最大壓力的產(chǎn)生。當(dāng)曲線半徑同毛細(xì)管半徑相等時(shí),此時(shí)曲率最大也對(duì)應(yīng)著最大的壓力。

氣泡壓力測(cè)量的特性曲線,最大壓力位置


如果毛細(xì)管半徑已知,可以通過(guò)最大壓力pmax計(jì)算出表面張力,當(dāng)毛細(xì)管浸入到液體中時(shí),由浸沒(méi)深度和液體密度導(dǎo)致的靜壓P0必須從測(cè)量壓力中除去,氣泡壓力測(cè)量的結(jié)果公式如下:

測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的是一定表面年齡下的表面張力,表面年齡為從氣泡開(kāi)始產(chǎn)生到最大壓力之間的時(shí)間。表面張力對(duì)表面年齡的關(guān)系可以通過(guò)不同的鼓泡速度測(cè)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(guò)程中由于表面活性劑的低擴(kuò)散率和吸附率,界面張力從沒(méi)辦法達(dá)到平衡值。


氣泡壓力測(cè)量法能夠測(cè)算出如擴(kuò)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(cè)定動(dòng)態(tài)界面張力。一種液體通過(guò)處在另一個(gè)液相中的垂直毛細(xì)管產(chǎn)生液滴,液滴體積在同毛細(xì)管頂端分離時(shí)被測(cè)量,如果測(cè)量過(guò)程發(fā)生在空氣作為體相時(shí),也可以測(cè)定動(dòng)態(tài)表面張力。


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

滴體積法張力儀測(cè)量原理


通過(guò)倒置的裝置,重相液滴從毛細(xì)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(dāng)液滴從毛細(xì)管上脫落時(shí),新的界面產(chǎn)生,這需要克服相應(yīng)的界面張力,液滴直到舉升力能夠補(bǔ)償毛細(xì)管潤(rùn)濕長(zhǎng)度上的界面張力時(shí)才會(huì)脫落,關(guān)系式如下:g=重力加速度,V=液滴體積,d=毛細(xì)管內(nèi)徑,Δp=兩相密度差


正常來(lái)說(shuō),該測(cè)量過(guò)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(chǔ)存體積的液柱的粘度和高度影響,在測(cè)量過(guò)程中數(shù)值會(huì)發(fā)生改變。


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

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