W poprzednich wpisach na temat różnych kątów zwilżania omówiliśmy już statyczne i skorygowane pod względem chropowatości kąty zwilżania. Oba są często używane do obliczania swobodnej energii powierzchni ciała stałego. Jednak podczas gdy skorygowany pod względem chropowatości kąt zwilżania można uznać za nieco bliższy wartościom równowagi, statyczny kąt zwilżania nie może być zazwyczaj uważany za najbardziej stabilny kąt zwilżania na danej powierzchni. Z tego powodu pojawiło się wiele krytyki wobec pomiarów statycznego kąta zwilżania, a zamiast tego zdecydowanie zaleca się pomiar zarówno postępującego, jak i cofającego się kąta zwilżania. W tym wpisie omawiamy pomiar i wykorzystanie postępującego kąta zwilżania, podczas gdy cofający się kąt zwilżania jest tematem następnego wpisu na blogu.
Czym jest postępujący kąt zwilżania?
Postępujący kąt zwilżania to najwyższy możliwy kąt zwilżania mierzony na wcześniej niezwilżonej powierzchni ciała stałego.
Postępujące kąty zwilżania są mierzone, gdy czoło cieczy przesuwa się nad mierzoną powierzchnią. Można to zrobić na różne sposoby za pomocą tensjometru optycznego, np. przechylając próbkę lub zwiększając objętość kropli, jednocześnie rejestrując wartości kąta zwilżania. Kąty zwilżania postępowego są również mierzone za pomocą tensjometrów siłowych metodą płytki Wilhelmy'ego, zanurzając próbkę w cieczy i mierząc siłę za pomocą niezwykle czułej wagi. Metoda Washburna, która jest stosowana głównie do proszków, również mierzy kąt zwilżania postępowego.
Kąt zwilżania postępowego przewiduje niepolarną naturę ciała stałego
Na chemicznie heterogenicznej powierzchni kąt zwilżania postępowego jest bardziej wrażliwy na składniki o niskiej energii, tj. niepolarne części powierzchni. Jeśli kąt zwilżania postępowego wody jest mierzony na powierzchni głównie hydrofobowej, hydrofilowe inkluzje z powierzchni nie wpłyną na wartość kąta zwilżania postępowego, dopóki nie pokryją znacznej części hydrofobowej powierzchni. Na powierzchni hydrofilowej kąt zwilżania postępowego wody szybko wzrasta do wysokiej wartości, nawet jeśli powierzchnia jest tylko nieznacznie pokryta inkluzjami hydrofobowymi. Wartość ta nie ulega również znacznemu pogorszeniu nawet przy wzrastającej frakcji składników hydrofobowych.
Postępujący kąt zwilżania napędza podnoszenie kapilarne i inne zjawiska
Pomiar postępu jest często zalecany, ponieważ zapewnia bardziej powtarzalne kąty zwilżania w porównaniu do wartości statycznych (i ustępujących). Postępujący kąt zwilżania jest zazwyczaj bliższy wartości równowagi niż ustępujący, ale nadal nie można go używać jako wartości równoważnej. Istnieją jednak sytuacje, w których postępujący kąt zwilżania opisuje problem lepiej niż inne kąty zwilżania. Na przykład podnoszenie kapilarne jest napędzane przez postępujący kąt zwilżania. Podnoszenie kapilarne jest ważnym zjawiskiem w mikroprzepływach i odgrywa również rolę w zwilżalności proszków. Postępujący kąt zwilżania jest również ważniejszy w zastosowaniach, w których istotne są zjawiska rozprzestrzeniania, takie jak drukowanie atramentowe, powlekanie natryskowe i osadzanie pestycydów.
na podstawie tekstu Susanny Laurén
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz