【我要印】訊：（三）、粘附、浸漬、鋪展和分散

　　顯然，將固體顆粒浸于液體中(一種分散方法)時(shí)所消耗的能量，可以用一個(gè)1×1×1厘米的立方體(固體的表面張力=σs) 浸入液體(液體的表面張力=σ1)中的情況來(lái)加以解釋?zhuān)�其過(guò)程就是將這些固體立方體自液體外放人液體內，可以看出，有三個(gè)過(guò)程：即粘附功，浸漬功和鋪展功，這些功的總和就相等于分散功。

　　第一個(gè)與立方體有關(guān)的能量是在它與液體接觸以前：一個(gè)立方體有六個(gè)面，每一個(gè)面的表面積為一厘米2。對一厘米2的表面積來(lái)說(shuō)，固體σs的表面張力和在固體表面中的能量，其數字大小是相等的。所以與固體立方體任何一個(gè)面有關(guān)的表面能都等于σs。同樣，在一厘米2液體表面中的表面能則相等于σ1。

　　1．粘附。當將立方體的一個(gè)面與液體表面接觸(粘附)時(shí)，就會(huì )發(fā)生消耗能量，其情況是：原在一厘米2固體表面(σs)和一厘米2液體表面(σ1)中儲存的能，在它們接觸后，存在的能量就只有一厘米2的固—液界面(σs1)了。由于只有在接觸過(guò)程(粘附)中能量才發(fā)生變化。故

　　⊿E= Wa=σs1－σ1－σs                                       （2）

　　式中：Wa=粘附功。

　　2．浸漬。當將立方體放入液體中與液面相平(但不超過(guò)液面)時(shí)，就會(huì )發(fā)生另一個(gè)能量的變化(浸漬)，此現象是在這個(gè)立方體未浸入液體中以前，它有四個(gè)面的能量(4σs)。浸入液體中以后，這些能量就失掉了，但生成的表面能則與立方體側面四個(gè)新生成的液—固界面(4σs1)相似。故

　　⊿E= Wi=4σs1－4σs                                              （3）

　　式中：Wi=浸漬功。

　　3．鋪展。最后一個(gè)過(guò)程就是將立方體的頂面也浸入于液體中，這就是鋪展。在這個(gè)過(guò)程中，立方體的頂面被兩個(gè)新的表面積所替代，即一個(gè)液體表面和一個(gè)液—固界面。與鋪展有關(guān)的能量消耗為：

　　⊿E= Ws=σ1+σs1－σs                                             （4）

　　式中：Ws=鋪展功。

　　4．分散，一個(gè)固體被液體所浸沒(méi)(與分散相同)的總功，是上述三個(gè)功的總和，即

　　⊿E= Wd=6σs1－6σs                                              （5）

　　式中：Wd=分散功。

　　雖然這里用一個(gè)一厘米3的立方體來(lái)說(shuō)明分散過(guò)程中的各個(gè)階段，但它適用于所有的固體分散在液體(包括顏料分散在連結料)中的情況。

　�。ㄋ模�、將液體接觸角導入各種功的方程式

　　上面提到的各種功的方程式雖然是比較真實(shí)的，但卻不太切合實(shí)際，因為固體表面以及固—液界面的表面張力是不太容易測得的。所以式（5）僅僅是提出了一個(gè)破解的方法。因而，在以上有關(guān)功的所有方程式中，－σ1cosθ可以取代σs1－σs。則：

　　Wa=－σ1（cosθ－1）

　　Wi=－4σ1（cosθ）

　　Ws=－σ1（cosθ－1）

　　Wd=－6σ1（cosθ）

　　可以看出，在上列四個(gè)方程式中，功的消耗可表現為兩個(gè)可測定的量，即液體的表面張力以及液體和固體表面形成的接觸角。通過(guò)對這兩個(gè)量的分析，就可計算出一個(gè)顏料分散體的分散難易程度。如在分散過(guò)程中的任何一個(gè)階段所需要的功是負數，則這個(gè)階段的過(guò)程就會(huì )自然發(fā)生(因為已經(jīng)儲存在表面中的能量就足以使這個(gè)過(guò)程發(fā)生了)。反之，如果需要的功是正數，則就需要外力的幫助了。如果需要的功是零，則說(shuō)明在開(kāi)始和最后的過(guò)程之間是平衡的，過(guò)程需要的能量也最小。

　　在分散過(guò)程中三個(gè)階段不同接觸角所消耗的功中可以看出：在粘附功中其過(guò)程是不變的。當液體的接觸角小于90°時(shí)，才可能發(fā)生自然浸漬，而接觸角為零時(shí)，才可能發(fā)生自然(或重力)鋪展。由于接觸角為零的情況會(huì )經(jīng)常遇到，故自然分散也是極平常之事。

　�。ㄎ澹�、連結料滲入到顏料團中的比例

　　在垂直毛細管的情況中，表示了一種平衡條件，其中：圍繞著(zhù)彎月面作用的表面張力正好與懸浮在毛細管柱中的液體的重拉力相平衡，這樣，就可以確立液體流過(guò)毛細管的比例了，因為表面張力的作用是可以達到一些平衡條件的。為了排除重力(作用)的影響，可假設一個(gè)水平毛細管，使開(kāi)口的一端與液體接觸。像垂直的毛細管一樣，液體的表面張力會(huì )將液體往里拉，并以相等于表面張力的力通過(guò)毛細管，阻抗表面張力拉力的是液體的粘度。所以，當顏料團比較松、連接料的表面張力比較高、液體—顏料的接觸角等于零或接近于零以及連接料的粘度比較低時(shí)，連接料的滲入作用就比較快。

　�。�六）、分子在一個(gè)界面的定向作用

　　前面提及的關(guān)于表面張力的一些情況以及方程式等，都是以純的或未污染的物質(zhì)的表面活性為基礎的。這里則將討論少量的外界物質(zhì)在界面上定向的情況。我們知道，有關(guān)顏料分散體的情況，主要是指顏料顆粒在連結料中的表面過(guò)程，故主要是討論直接與分散過(guò)程有關(guān)的表面分子。在表面以下的分子則只是由于表面分子的活性才留住的。

　　為了簡(jiǎn)單地評價(jià)在假設的球形顏料顆粒中表面分子對總分子數的比例，我們假設顏料顆粒的直徑為D單位，顏料分子的有效直徑為d。每個(gè)顏料分子在顆粒表面上所占的面積為d2，每個(gè)顏料分子在顆粒內占有的體積為d3，則表面分子對總分子(包括內部和外部)的比為：

　　лD2/d2             6d

　　—————= ————

　　лD3/6d3                   D

　　式中：лD2=表面積，

　　 лD3/6=球形顆粒的體積。

　　設有一顏料顆粒的直徑(D)為0．0001厘米，顏料分子的有效直徑(d)為(0．00000002厘米)，則表面分子對總分子的比是；

　　6× 0．00000002／0.0001=0．0012=1/833

　　故在這個(gè)假設中，顆粒的每一個(gè)表面分子要支配在顏料表面以下的833個(gè)內部分子。當然，這是一種極為粗略的表面分子控制影響的計算，但它可用以研究較少的分子層在界面的定向以及測定界面的活性。

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