实验1-接触角探测液法测定聚合物表面张力

实验一接触角探测液法测定聚合物材料表面张力

一．实验目的和要求

1．了解低能材料表面表征的原理和方法；

2．分别用二液法和三液法测定固体聚合物表面张力；

3．掌握JC2000A静滴接触角/界面张力测量仪的使用。

二．实验原理

固体总是通过它的表面与外界事物发生联系, 表面张力作为固体表面一个重要热力学参数，是固体物质表面作用发生的重要根据。在高分子功能材料、高分子先进复合材料、阻燃、胶料涂料、环保、食品、包装等诸多领域有着重要的应用。因此，研究低能聚合物固体表面的表面张力既具有一定的理论价值又具有合成皮革实际的应用价值。但是在通常情况下可逆地生成新的固体表面或界面是无法实现的。因此 ,固体高聚物表面张力的直接大理石测量平台测量是相当困难的。

固体聚合物不具有流动性 ,所以现有的测定液体表面张力的技术都不能使用。到目前为止 ,尚无直接测量高聚物表面张力的实验方法。为了要得到这个重要的参量 , 目前都只能采用一些间接的办法来测定固体聚合物的表面张力。如（1）熔融体法 ,即依据温度对聚合物表面张力的影响 ,在较高的温度下测量高聚物熔融体的表面张力 ,进而外推到低温条件下高聚物的固体的表面张力。（2）液体同系物法 ,测量高聚合物的低分子液态同系物的表面张力 ,根据表面张力与同系物的相对分子质量的依赖关系糖化锅,由聚合物的低分子液态同系物的表面张力外推到高分子固态同系物的表面张力。（3）Zisman 的利用已知表面张力的系列探测液润湿聚合物表面，测得其接触角，再外推测定出固体聚合物的浸润临界表面张力 c 。（4）利用 S Wu 的调和平均方程与杨氏方程式来测算固体聚合物表面张力 s等多种方法。(5) Owens二液法几何平均方程与杨氏方程式来测算固体聚合物表面张力 S.(6)三液法.

本实验拟分别用Owens二液法和三液法几何平均方程与杨氏方程式来测算固体聚合物表面张力 S 。通过测定液体在固体表面的接触角来估算固体的表面张力的依据是Young方程：

（1-1）

式中的γGS、γLS、γL分别是与液体的饱和蒸汽达到平衡的固体的表面张力、液体与固体

的界面张力和液体的表面张力；为液体在固体表面的接触角。

固体的表面张力可分为非极性和极性两部分。根据Owens法，采用两种探测液体在某种固体表面的接触角的数据，就可以求出该固体表面张力的非极性值和极性值，二者的加和近似等于该固体总表面张力。

（1-2）

式中只有γsd和γsp两个未知数，只要到两个已知γLd和γlp的探测液体，测此二液体在固体表面上的接触角，分别把液体的表面张力和接触角的数据代入上式，即可得两个独立方程，解此方程组即可得聚合物的γsd和γsp以及聚合物的表面张力γs 。

用Owens法计算张力时，所选的两种测试液必须满足如下的条件：

（1）两种液体的γLP/γLD值不能接近，而且两者的差距越大越好；

（2）两种液体必须有不同的极性，即必须从极性液体中和非极性液体中各选一种液体。

（3）测试液不能使固体的表面发生溶解、膨胀和变形等。

表1-1列出了一些常用测试液体的张力。

触指表1-1 常用探试液体的表面张力

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液体	γL/mJ·m-1P	γLD/mJ·m-1	γL/mJ·m-1	γLP/γLD	极性
水	51	21.8	72.8	2.36	极性
甘油	26.4	37	63.4	0.71
甲酰胺	18.7	半自动糊箱机 39.5	58.2	0.47
二	2.3	48.5	50.8	0.05	非极性
α－溴萘	0	44.6	44.6	0
正十六烷	0	27.6	27.6	0