第六章

润湿作用

6.1 润湿过程

润湿过程可分为三类：

沾湿（adhesion）

浸湿（immersions）

铺展（spreading ）

润湿（wetting）是指在固体表面上 一种液体取代另一种与之不相混溶的 流体的过程。

（1）沾湿：液体与固体由不接触到 接触，变液气界面和固气界 面为固液界面的过程

a sgW lg sl-

aW :粘附功>0自发

（2）浸湿：固体浸入液体的过程。（洗衣时泡衣服）固气界面为固液界面替代。 ：浸润功>0自发

sg iG W sl-

,

iW

（3）铺展：以固液界面取代固气界面同时，液体表面扩展的过程。

铺展系数 0sgS sl lg 时自发

2sg a a c iS W W W W A sl lg lg lg lg

小结： （1）无论哪一种润湿都是界面现 象，其过程实质都是界面性质 及界面能量的变化

0a sgW lg sl-

0sg sl-

0sgS sl lg（3）固气和固液界面能对体系的三种 润湿作用的贡献是一致的。

（2）对比三者发生的条件 沾湿： 浸湿： 铺展：

将液体滴于固体表面上，液体或铺展或覆盖于表面，或形成一液滴停于其上，此时在三相交界处，自固液界面经液体内部到气液界面的夹角就叫做接触角。

6.2 接触角与润湿方程

Young方程

sg sl lg- = cos

沾湿

浸湿

铺展

习惯上将 =90°定义润湿与否标准

6.3 接触角的测定

（一）角度测量法（量角法）

(1) 切线法

(3)光点反射法

(2) 斜板法

（二）长度测量法

（2）大滴法（液饼法）

（1）小滴法

（3）垂片法 皆是通过与 相关长度测量 计算得到。

（三）力测量法：

0lg0

cos cosf

f Pf

周长 ；

吊片法：

（四）透过测量法：（粉末的 ）

（1）透过高度法

（2）透过速度法

6.4 影响接触角测定的一些因素

（1）前进角与后退角

固液界面取代固气界面后形成的接触角叫做前进角a

而气固界面取代固液界面形成的接触角叫做后退角R

通常后退角小于前进角。

造成接触角滞后的主要原因是表面不平和 表面不均匀（污染）。 Harkins仔细研究了石墨、滑石、硫化锑及 石腊等样品，通过精心准备，精心测量，得 到结果表明前进角与后退角的差别在实验误 差内。结论：前进角和后退角的差异是样品 制备不当和测量技术不佳的结果。

倾斜玻璃上的水滴（右图）

（2）表面不均匀性

一般前进角反映与液体亲合力弱的那部分固体表面润湿性，而后退角则反映与液体亲合力较强的那部分固定表面润湿性。

如果液体表面由对液体具有不同亲和力的a、b两部分 组成，两者各占有表面分数xa和xb。这种表面称为复 合表面。

cos cos cosa a b bx x

sg a bsg a sg bx x sl a bsl a sl bx x lg cossg sl

（3）表面粗（糙）度

固体表面粗糙是造成接触角滞后的重要因素

固体表面粗糙是造成接触角滞后的重要因素。 Φ值表示表面粗糙的程度。由表中可以看出： 中值越大，a- R越大，接触角滞后液体在 不同粗糙度的石腊表面上的a- R

液体

0° 30° 45° 60°

水 11 30 48 64

CaCl2溶液 10 24 34 49

甘油 7 23 44 77

乙二醇 7 28 54 103

甲基溶纤素

20 64 82 93

Wenzel研究了固体表面粗度对润湿性的影响，指出： 一个给定的几何面粗化以后必具有较大的真实面积，用粗度因子表示真实表面积与表观面积之比，润湿方程经粗度较正为：

lg cossg slr ’ ：粗糙表面接触角

cos / cos 1r Wenzel方程 故

上式表明：粗糙表面的接触角余弦函数（绝对）值总是比平滑表面的绝对值大，即＞90°时表面粗化将使变大，而＜90°时表面粗化将使变小。

提示：对于具有润湿性的体系，表面粗化对体系润湿性起促进作用。而对于不能相互润湿的体系，表面粗化则使体系更不润湿。 例如：吊片法——打毛。 防水材料——保持表面粗糙

6.5 固体的润湿性质

（一）低能表面与高能表面

实际关心问题： （1）什么样的固体被润湿，或不被润湿 （2）什么样的液体具有好的润湿性

将固体分为两大类：凡

>100mNm-1，叫做高能表面 sg

（二）低能表面的润湿性质

lgcos 做图可

得到一很好的直线，外推至 =1处，相应的液体表面张力值指示：此液体系列中 此值者，皆不能在此固体上自行铺展。只有同系物中 此值时方可在此固体上铺展，故此值 叫做该固体的临界润湿表面张力（临界表面张力）。

cos

c

（1）Zisman等人发现：同系列液体在同一 固体表面上的接触角

（2）固体的润湿性质（规律） ①固体的润湿性与分子极性有关。在CH，CF化合物中，极性化合物的可润湿性显著优于相应的完全非极性化合物。

②高分子固体的润湿性与其分子的元素组成有关。在CH链中加入各种杂原子增进固体可润湿的能力。F＜H＜C1＜Br＜I＜O＜N；取代越多，影响越大，（注意F原子加入会降低固体可润湿性）

③固体的润湿性质取决于固体表面层原子或原子团的性质及排列情况，与基质无关，一定的表面基团对应于一定的。

（三）高能表面的自憎现象

当有机液体的分子在高能表面上发生吸附，并形成定向排列的吸附膜，被吸附的两亲分子以亲水基团固定于固体表面，而以疏水基团构成最外层，使高能表面的组成、结构发生变化，从而变成低能表面。当 时，这些液体便不能在自身的吸附膜上铺展。这种现象称做高能表面的自憎现象。

c lg

（四）表面活性剂对润湿性的影响

润湿剂：加入SAa提高液体的润湿能力

固体表面改性剂：通过表面活性剂在固体上的吸附改变固体表面性质

A：高能变低能表面（吸附层） B：疏水变亲水

6.6 固体润湿现象应用

（1）防水 普通棉布 阳离子 大雨不透湿

氟SAa

（2）矿物浮选