Большая техническая энциклопедия
2 7
A V W
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
А- АБ АВ АГ АД АЗ АК АЛ АМ АН АП АР АС АТ АУ АФ АЦ АЭ

Адгезия - жидкость

 
Адгезия жидкости оценивается работой, которую надо затратить для отрыва жидкости от твердой поверхности. Адгезионное взаимодействие между жидкой и твердой фазами распространяется на небольшом расстоянии в глубь жидкости. Это расстояние измеряется размерами молекул. По мере удаления слоя жидкости от поверхности твердого тела адгезионное взаимодействие уменьшается, уступая место когезионному.
Работа адгезии жидкости имеет определенный термодинамический смысл - это работа, которая затрачивается на образование границы раздела жидкость - твердое тело вместо ранее существующих границ раздела жидкость - газ, твердое тело - газ. Хотя экспериментальное измерение работы адгезии жидкости затруднено, параметры, которые определяют эту величину ( поверхностное натяжение жидкости на границе с газообразной средой и краевой угол смачивания), поддаются непосредственному измерению. Поэтому работа адгезии жидкости является одной из важнейших количественных характеристик этого вида адгезионного взаимодействия.
Однако некоторая адгезия жидкости к твердому телу всегда существует, поэтому равенство 0180 практически невозможно. При очень большой смачиваемости лаком провода кроющая способность может быть недостаточной. С этой точки зрения всегда желательно, чтобы угол 0 находился в определенных пределах. Наконец, очень большая величина 0 свидетельствует о плохой адгезии лака к металлу, вследствие чего проволока может иметь места, непокрытые пленкой.
Однако некоторая адгезия жидкости к твердому телу всегда существует, и поэтому равенство 6 180 практически невозможно. Краевой угол в часто поддается измерению. При очень большой смачиваемости лаком провода кроющая способность может быть недостаточной. С этой точки зрения всегда желательно, чтобы угол 0 находился в определенных пределах. Наконец, очень большая величина 0 свидетельствует о плохой адгезии лака и металла, вследствие чего проволока может иметь места, не покрытые пленкой.
Вычислим величину адгезии жидкости к твердому телу.
Попытка обобщения вопросов адгезии жидкости и омачивания в единой монографии предпринимается впервые, что, естественно, ставило перед автором ряд трудностей, в том числе и по определению последовательности изложения материала.
Наиболее полно механизм адгезии жидкости к твердому телу истолковывается теорией, основывающейся на строго установленных общих положениях и принадлежащей советской школе физической химии. Вкратце содержание этой теории может быть представлено следующим образом.
Чем больше работа адгезии жидкости к твердому телу и чем меньше работа когезии жидкости, а следовательно и ее поверхностное натяжение, тем лучше жидкость смачивает поверхность твердого тела.
Итак, в случае адгезии жидкости за счет межмолекулярного взаимодействия необходимо учитывать кроме поверхностных и и глубинные молекулы. Для определения работы адгезии в соответствии с формулами ( 1, 14) и ( 1, 15) необходимо знать расстояние между контактирующими фазами Я и константу А.
В монографии обобщены материалы по адгезии жидкости и смачиванию жидкостью твердых поверхностей. В ней излагаются теоретические основы адгезии и смачивания; методы определения величин, характеризующих это явление; процессы, в основе которых лежат адгезия и смачивание.
Таким образом, при оценке адгезии жидкости необходимо учитывать не только работу адгезии, определяемую уравнением ( 1 1), но и критическое поверхностное натяжение, а также свойства низко-и высокоэнергетических поверхностей.
Капля жидкости на поверхности твердого тела ( Ц7Э - энергия смачивания, или адгезионное напряжение. В связи с этим оценка величины адгезии жидкости по силе, как это имеет место в случае адгезии частиц, не пригодна. Эту работу обозначим через Wa. Таким образом, работа адгезии является важной характеристикой взаимодействия на границе раздела жидкость - твердое тело.
Ход флотационного процесса во многом определяется адгезией жидкости или пузырька к твердой поверхности и смачиванием этой поверхности. Помимо непосредственного определения Силы адгезии минеральной частицы к поверхности пузырька ( см. § 19) существуют другие методы оценки эффективности флотации.
Уравнение ( 12) позволяет определить величину адгезии жидкости к твердому телу из поверхностного натяжения жидкости и краевого угла.

Эти представления иллюстрируют принципиальную возможность изложения реологических закономерностей адгезии жидкостей в терминах не только термо -, но и гидродинамики. Такой подход менее строг, чем основанный на уравнениях ( 18) и ( 19), но он в большей мере по сравнению с энергетическим способен учесть влияние технологических параметров процесса склеивания.
Капля жидкости на поверхности твердого тела. Величина oj cos 6 обозначается [3] как напряжение адгезии жидкости к твердой поверхности.
Поскольку ве личина Ф определяется не только работой адгезии жидкости, но и ее работой когезии, сопоставление краевых углов, даваемых различными жидкостями на поверхности твердого тела, не позволяет однозначно судить об энергетике смачивания с точки зрения свойств данного твердого тела; так, поверхности полярных тел хорошо смачиваются и водой, и углеводородами.
Удельные тепловые эффекты, а также и энергия адгезии испытывающих жидкостей для окисленной стали значительно превышают таковую для стекла, что не может не сказаться на разнице в интенсивности парафинизации стальных и остеклованных поверхностей в условиях скважины.
Микропоры на поверхности листа, заполненные воздухом, препятствуют адгезии жидкости и ухудшают смачивание листа водой. Обычно на листьях, имеющих бороздки, между листом и каплями воды создается прослойка воздуха, препятствующая смачиванию; аналогичное явление наблюдается у листьев с волнообразным, складчатым строением эпидермиса.
Угол 6 0 не только в случае, когда адгезия жидкости к твердому телу равна когезии жидкости, но и когда адгезия превышает когезию.
Зависимость силы адгезии стеклянных шарообразных частиц от краевого угла при смачивании стеклянной поверхности водой. краевой угол смачивания поверхности равен. 1 - 50. 2 - 60. 3 - 84. 4, - 98. Таким образом, наблюдается корреляция между адгезией частиц и адгезией жидкости. Эта корреляция заключается в том, что изменения сил адгезии частиц и критического поверхностного натяжения в зависимости от краевого угла смачивания характеризуются обратно пропорциональной закономерностью.
В последнем уравнении величина краевого угла связана соотношением с адгезией жидкости к твердому телу и когезией самой жидкости, так как последняя равна 2 ( тш.
Отсюда следует, что величина краевого угла определяется соотношением между адгезией жидкости к твердому телу и когезией самой жидкости, равной 2vi.v. Краевой угол будет равен нулю, когда адгезия жидкости к твердому телу равна или больше когезии самой жидкости. Краевой угол в 180 практически невозможен.
В работе Б. В. Дерягина и Н. А. Кротовой 3 освещены вопросы, связанные с адгезией жидкости и, в частности, с определением работы адгезии. Большой-вклад в теорию адгезионного взаимодействия жидкостей, а также в решение практических вопросов внесли советские ученые: А. Б. Таубман, Л. М. Щербаков, С. М. Липатов, В. Н. Еременко и многие другие.
Автор надеется, что настоящая монография поможет читателю получить современное представление об адгезии жидкости и смачивании.
В трудах Б. В. Дерягина рассмотрены на основе развитой им теории поверхностных сил вопросы адгезии жидкости и смачивания, свойства граничных слоев в связи, с этими явлениями, удаление и нанесение слоя жидкости, термодинамика смачивания и некоторые другие аспекты адгезионного взаимодействия.
Формула ( VI, 31) дает возможность оценить влияние адсорбционных процессов на адгезию жидкости.

Следует еще раз подчеркнуть, что коэффициент захвата учитывает суммарный процесс осаждения, включая адгезию жидкости.
Схема, поясняющая работу адгезии ( а, когезии ( б и погружения ( в. Таким образом, значение краевого угла является необходимым, но еще недостаточным показателем, характеризующим адгезию жидкости и смачивания.
Уравнение ( 111 58) учитывает условия удержания капель на поверхности: наклон поверхности, адгезию жидкости, а при помощи коэффициента К - свойства окружающей среды, вязкость жидкости и другие неучтенные показатели.
Чем меньше работа когезии жидкости кж, а следовательно, и поверхностное натяжение последней и чем больше работа адгезии жидкости к твердому телу ют ж, тем лучше жидкость смачивает поверхность твердого тела и наоборот. Поэтому в процессе пропитки следует использовать жидкости с низким поверхностным натяжением. Степень смачиваемости различных тел водой зависит от полярности молекул твердого тела. Такие полярные вещества, как карбонаты, силикаты, сульфаты, являются гидрофильными.
Этерификация или другие методы, позволяющие гидрофоби-зировать поверхность силикагеля обработкой в органической жидкости, дают возможность дополнительно понизить адгезию жидкости на поверхности раздела с твердым веществом и тем самым еще больше уменьшить усадку силикагеля при его высушивании.
Чем меньше работа когезии жидкости иж, а, следовательно, и поверхностное натяжение последней и, чем больше работа адгезии жидкости к твердому телу ат-ж, тем лучше жидкость смачивает поверхность твердого тела и наоборот. Поэтому в процессе пропитки следует использовать жидкости с низким поверхностным натяжением. Степень смачиваемости различных тел водой зависит от полярности молекул твердого тела. Такие полярные вещества, как карбонаты, силикаты, сульфаты являются гидрофильными.
В некоторых случаях 352353 скорость потока, при которой происходит вытеснение жидкости, можно непосредственно связать с параметрами, характеризующими адгезию жидкости.
Таким образом, в процессе формирования прилипшей пленки имеют место основные виды адгезионного взаимодействия, а именно: адгезия отдельных частиц и слоя частиц; адгезия жидкости и смачивание поверхности субстрата и адгезия пленок. Каждый из видов адгезионного взаимодействия выполняет свои функции. Адгезия частиц с поверхностью определяет число частиц, которые прилипли к поверхности, что, в свою очередь, оказывает влияние впоследствии на толщину пленки адгезива. Кроме того, адгезия индивидуальных частиц обусловливает адгезию слоя прилипших частиц.
Поверхностные явления в системе жидкость - твердая фаза обусловлены структурой и свойствами монослоев, структурно-механическими свойствами граничных слоев жидкостей, находящихся в контакте с твердыми телами, адгезией жидкостей к твердым поверхностям и другими показателями. Адсорбция молекул жидкости на поверхности твердого тела определяет особенности структуры граничного слоя, характер упаковки макромолекул в граничных слоях, отсюда - молекулярную подвижность, релаксационные и другие явления.
Отсюда следует, что величина краевого угла определяется соотношением между адгезией жидкости к твердому телу и когезией самой жидкости, равной 2vi.v. Краевой угол будет равен нулю, когда адгезия жидкости к твердому телу равна или больше когезии самой жидкости. Краевой угол в 180 практически невозможен.
В подобных подходах не принимается во внимание ряд тонких термодинамических эффектов ( см., например, [2,17]), однако в полуколичественном аспекте они, безусловно, полезны при исследовании общих закономерностей адгезии жидкостей. Учет всех или даже большинства термодинамических параметров при рассмотрении проблем адгезии в настоящее время весьма затруднен. Некоторые из них, подобные, скажем, развитости рельефа поверхности твердого субстрата, гистерезиса смачивания и др. [18], не имеют для мономерных адгезивов такого значения, как в случае адгезии вязких растворов или расплавов полимеров. Однако пренебрежение отдельными факторами заведомо обедняет анализ.
В случае турбулентного режима, течения жидкости пристенный слой, состояли) из гидрофобного вещества, и закрепленный неподшшо на поверхности канала, по-видимому, выполняет роль пограничного лашаЕрно - текущего слоя, понижающего адгезию жидкости к твердой поверхности. При этом сопротивление трению первого концентрического сдоя лидаости о гидрофобизирутшй слой вещества значительно уменьшается по сравне-шш о протеканием жидкости по твердой поверхности.
Адгезия жидкости обусловлена молекулярным взаимодействием34 35, которое возникает на границе раздела фаз жидкость - твердое тело.
Адгезия жидкости и ее способность смачивать твердые поверхности в соответствии с уравнениями ( 1 5) и ( I, 10) характеризуются краевым углом и работой адгезии. Эти два важнейших показателя поддаются непосредственному измерению.

Под адгезией жидкости подразумевают взаимодействие жидкой и твердой фаз на границе раздела этих фаз.
При определении сил адгезии частиц путем их отрыва определяется фактическая адгезия, так как силы отрыва равны, но направлены противоположно адгезионному взаимодействию. При оценке работы адгезии жидкости по краевому углу и поверхностному натяжению жидкости определяется равновесная работа адгезии. А при измерении адгезии пленок методом их отрыва определяется адгезионная прочность, которая не равна фактической адгезии, а составляет только часть ее. Лишь при помощи методов, основанных на неразрушении контакта адгезива и субстрата, возможно определение фактической адгезии.
Работа адгезии жидкости имеет определенный термодинамический смысл - это работа, которая затрачивается на образование границы раздела жидкость - твердое тело вместо ранее существующих границ раздела жидкость - газ, твердое тело - газ. Хотя экспериментальное измерение работы адгезии жидкости затруднено, параметры, которые определяют эту величину ( поверхностное натяжение жидкости на границе с газообразной средой и краевой угол смачивания), поддаются непосредственному измерению. Поэтому работа адгезии жидкости является одной из важнейших количественных характеристик этого вида адгезионного взаимодействия.
Крайние виды трения - жидкостное и сухое - встречаются на практике реже, чем граничное или полужидкостное. Механизм действия этих присадок основан на улучшении адгезии жидкости к металлу, образовании продуктов химического взаимодействия жидкости и металла, препятствующих свариванию трущихся деталей.
Следует отметить, что влияние взаимодействия жидкости со стенками содержащего ее сосуда здесь не учитывается. В случае малых диаметров сосуда и высокой силы адгезии жидкости ( например, вязкой, гелеобразной) к материалу сосуда появляется весьма существенный фактор, мешающий растеканию.
Поверхностное натяжение жидкости 0ЖГ и краевой угол смачивания 0 поддаются непосредственному и достаточно точному измерению. Поэтому по уравнению ( 1 1) определяют равновесную работу адгезии жидкости и при помощи этой величины сравнивают адгезионную способность жидкостей к различным твердым телам.
Как следует из перечисленных положений, ключевое значение в термодинамике адгезионного взаимодействия имеют поверхностные энергии контактирующих жидких фаз. Способы их экспериментального измерения достаточно разработаны [23], однако для анализа закономерностей адгезии жидкостей более важно выявить характер взаимосвязей aia с фундаментальными характеристиками мономерных адгезивов. На практике наиболее распространены расчеты поверхностной энергии жидкости по их парахору П, коэффициенту изотермической сжимаемости ф и показателю преломления п [ 25, с.
На основании изложенного можно считать, что в процессе затвердевания жидкости и формирования адгезионного взаимодействия пленок не всегда существует прямая связь между параметрами, характеризующими процесс перехода жидкости в твердую фазу, и адгезионной прочностью. Это обстоятельство является одной из причин отсутствия корреляции между адгезионной прочностью пленок и параметрами, характеризующими адгезию жидкости.
После рассмотрения влияния на адгезию пленок таких параметров, как критическое поверхностное натяжение, краевой угол и работа адгезии жидкости, проследим совместное влияние этих параметров на примере адгезии льда к некоторым полимерным материалам.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11