科普|接觸角的工業應用

　　接觸角是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數。通過接觸角的測量可以獲得材料表面固-液、固-氣界面相互作用的許多信息，接觸角測量技術不僅可用于常見的表征材料的表面性能, 而且接觸角測量技術在石油工業、浮選工業、醫藥材料、芯片產業、低表面能無毒防污材料、油墨、化妝品、農藥、印染、造紙、織物整理、洗滌劑、噴涂、污水處理等領域有著重要的應用。

 

　　接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角θc。
 

　　當θc=0，潤濕；
 

　　當θc﹤90°，部分潤濕或潤濕，親水；
 

　　當θc=90°，是潤濕與否的分界線；
 

　　當θc﹥90°，不潤濕，疏水；
 

　　當θc=180°，*不潤濕。
 

　　超疏水：接觸角θc>150°叫超疏水。超疏水超疏油納米涂層應用在基材表面，滴水實拍圖片，水接觸角大于170度。
 

　　超親水：接觸角θc小于10°叫超親水。實際使用中，接觸角在5°以下就能有防霧效果。

 

　　接觸角的工業應用：
 

　　任何兩相物體相接處時，接觸面的表面張力就表現為界面張力。用表示。
 

　　當氣體在水中固體表面附著并達到平衡時，任意兩相之間的界張力
 

　　可以看出，當3個力達到平衡時，有如下的平衡方程式，即：
 

　　固氣= 固液+ 液氣
 

　　式中，固氣、液氣和固液分別為固-氣、和固-液界面的表面張力(或表面自由能)；為接觸角。這一平衡狀態方程式楊氏在1805年確定的，稱為楊氏方程。
 

　　上式表明，接觸角式三個相界面自由能的函數，它既與礦物表明性質有關，也與液相、氣相的界面性質有關。凡是能夠因其任何三相界面自由能改變的因素，都可以影響礦物表面的潤濕性。
 

　　接觸角度量與礦物可浮性的關系。根據楊氏方程，由θ的大小，可以度量不同礦物潤濕程度的高低。 當θ液氣，液滴被拉開，沿礦物表面展開，礦物表面被潤濕，表現為親水。
 

　　當θ>90°，固氣< 液氣，液滴收縮，沿礦物表面聚集成珠狀，礦物表面不易被潤濕，表現為疏水。
 

　　θ=90°，cosθ=0，規定為疏水表面與親水表面的分界線。當θ=0，cos θ=1，固體被液體完全潤濕。
 

　　當θ=180°，cosθ =-1，液滴對固體完全不潤濕。
 

　　即接觸角愈大，cos θ愈小，其可浮性愈好。并且cos θ值介于-1~1之間，于是對礦物的潤濕性與可浮性的度量定義為
 

　　潤濕性=cosθ
 

　　可浮性=1-cosθ
 

　　接觸角與礦物可浮性之間的關系式：接觸角愈大，cos θ值就愈小，其潤濕性愈弱，則可浮性愈好；反之，接觸角愈小，cos θ值就愈大，其潤濕性愈強，則可浮性愈差。
 

　　礦物接觸角可以測得，下表列出了部分礦物的接觸角測定值，依據接觸角可大致判斷各種礦物的天然可浮性。

 

　　接觸角測量儀的作用：
 

　　1、液滴和固體的靜態接觸角、動態接觸角(前進角和后退角)和滾動角；
 

　　2、分析固體表面的表面能，及其極性和色散力組成和分布；
 

　　3、單纖維樣品的接觸角及其表面能；
 

　　4、通過振蕩滴法測量液體界面粘彈特性，測量表面活性劑表面的表面馳豫、損耗和存儲模量和表面粘度，研究乳液和泡沫的穩定性；
 

　　5、測量液體的表面張力，可以在多種溫度、濕度、壓力和其它特殊條件下進行。

 

　　接觸角測量儀的應用：
 

　　1、評價表面處理的效果；
 

　　2、粘合與涂層過程中粘附力與穩定性研究；
 

　　3、塑料、玻璃、陶瓷、紙材、木料或金屬的潤濕性測試；
 

　　4、晶片和微電子產品的質量控制；
 

　　5、表面潔凈度測試。