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表面自由能估算

2015-9-15 21:40:59 人评论 次浏览 分类:表面自由能

 表面能虽然可明确被定义,却无法如液体表面张力一样被直接测量,只能通过间接计算得到。杨氏方程(γLG·COSθ=γSGSL)中,固体表面能即为一个参与计算项,则事实上接触角是因固体表面能存在而存在的。γLG为液体表面张力,γSG为固体表面能,γSL为固—液界面张力,θ为接触角,γLG和θ可由仪器测量得到,可是尚有两个未知数,因此无法直接算出表面能γSG,所以表面能并无正确或标准的值,只能由一些模型中提供另一组方程式以便求出近似值,即找到一系列符合某个理论模型的探测液体,测出这些液体与被分析固体的接触角值,再应用这个理论进行表面自由能估算,目前常用的模型如下:

Zisman Plot (临界表面张力法)
Fowkes
Extended Fowkes
Owens-Wendt-Rabel-Kaelble
van OSS-Chaudhury-Good (LW-AB法)
Wu Harmonic Mean (调和平均法)
Equation of State (状态方程法)

 上述估算方法均须要已知探测液体的表面张力,和置于固体表面的接触角。不同估算方法得到的结果彼此有可能高达25%的差异,然而每种方法皆有其适用的表面固体,因此却无所谓正确或标准值。虽然如此,表面能仍具有原理的基础性,如液体表面张力一样具备客观性,同时对于一般所适用的模式,其误差是在可接受范围内。具体应用如下表所示:

估算方法

可提供的信息

探测液体

适用固体

举例

Fowkes

表面能的色散部分

1种极性液体

低表面能的非极性固体

PEPTFE、石蜡

扩展Fowkes

表面能、色散力、极性力和氢键力

3

极性、非极性或具氢键特性的固体

聚合物、乳液

Owens-Wendt

表面能、色散力和极性力

2种不同极性的液体

极性或非极性固体

聚合物、铝、涂层、清漆

van OSS 酸碱理论

表面能、色散力和酸碱度

1种非极性液体,2种极性液体

非极性或具酸碱特性的固体

高分子树脂材料

Wu调和平均法

表面能、色散力和极性力

2种至少1种为极性的液体

低表面能的极性或非极性固体

有机溶液、聚合物、有机染料

临界表面张力法

临界表面张力

2种非极性液体

非极性固体

PEPTFE、石蜡

状态方程法

表面能

1

通用

聚合物、铝、涂层、清漆

Schultz-1

表面能、色散力和极性力

2

高表面能的极性或非极性固体

金属、玻璃

Schultz-2

表面能、色散力和极性力

聚合物、铝、涂层、清漆


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