第七章液體對固體的潤濕作用

潤濕的類型

潤濕是一種流體從固體表面置換另一種流體的過程。最常見的潤濕現象是一種液體從固體表面置換空氣，如水在玻璃表面置換空氣而展開。在日常生活及工農業(yè)生產中，有時需要液固之間潤濕性很好，有時則相反。如紙張，用做濾紙時，要求水對其潤濕性好；包裝水泥用的牛皮紙，則因水泥需要防水，要求水對其不潤濕。1930年Osterhof和Bartell把潤濕現象分成沾濕、浸濕和鋪展三種類型。第六章液體對固體的潤濕作用

沾濕沾濕：將氣液界面與氣固界面變?yōu)橐汗探缑娴倪^程。沾濕引起體系自由能的變化為：

式中，γls，γgs和γgl分別為單位面積固一液、固一氣和液一氣的界面張力。

沾濕的實質是液體在固體表面上的粘附，沾濕的粘附功Wa為

從式知γsl越小，則Wa越大，液體越易沾濕固體。若Wa≥0，則ΔG≤0，沾濕過程可自發(fā)進行。浸濕浸濕是將固體完全浸入到液體中的過程，如將衣服浸泡在水中。浸濕過程引起的體系自由能的變化為

如果用浸潤功Wi來表示，則是

若Wi≥0，則ΔG≤0，過程可自發(fā)進行。Wi越大，則液體在固體表面上取代氣體的能力愈強。鋪展置一液滴于一固體表面。恒溫恒壓下，若此液滴在固體表面上自動展開形成液膜，則稱此過程為鋪展?jié)櫇?。體系自由能的變化為或S稱為鋪展系數，S>0是液體在固體表面上自動展開的條件。

SVL圖液體在固體表面的鋪展注意:上述條件均是指在無外力作用下液體自動潤濕固體表面的條件。有了這些熱力學條件，即可從理論上判斷一個潤濕過程是否能夠自發(fā)進行。但實際上卻遠非那么容易，上面所討論的判斷條件，均需固體的表面自由能和固一液界面自由能，而這些參數目前尚無合適的測定方法，因而定量地運用上面的判斷條件是有困難的。盡管如此，這些判斷條件仍為我們解決潤濕問題提供了正確的思路。

接觸角和Young方程將液滴（L）放在一理想平面（S）上如果有一相是氣體，則接觸角是氣一液界面通過液體而與固一液界面所交的角。1805年，Young指出，接觸角的問題可當作平面固體上液滴受三個界由張力的作用來處理。當三個作用力達到平衡時，應有下面關系

或這就是著名的Young方程。式中γsg和γlg是與液體的飽和蒸氣成平衡時的固體和液體的表面張力（或表面自由能）。

SgLθγsgγlgγsl液滴在固體表面的接觸角接觸角是實驗上可測定的一個量。有了接觸角的數值，代入潤濕過程的判斷條件式，即可得：粘濕：

浸濕：

鋪展：其中，θ=0或不存在，S≥0。

根據上面三式，通過液體在固體表面上的接觸角即可判斷一種液體對一種固體的潤濕性能。從上面的討論可以看出，對同一對液體和固體，在不同的潤濕過程中，其潤濕條件是不同的。實用時，通常以900為界：θ>900，不潤濕；

θ<900，潤濕；

θ=00，或不存在時，鋪展；接觸角的測定躺滴或貼泡法直接觀測處在固體平面上的液滴或貼泡外形，再用量角器測θ角。液滴或貼泡的外形也可投影或攝像后，在照片上直接測量θ角。斜板法當固體平板插入液體中，在三相交界處會保持一定的接觸角。改變插入的角度，直到液面與平板接觸之處一點也不彎曲，此時板面與液面之間的夾角為接觸角。光反射法用強的光源通過狹縫，照射到三相交界處，改變入射光的方向，當反射光剛好沿著固體表面發(fā)出時，可以根據入射光與反射光的夾角2計算接觸角。

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