Смачивающие пленки

Смачивающие пленки воды [c.16]

Типичные изотермы смачивающих пленок боды изображены на рис. 1.6, где по оси абсцисс отложено расклинивающее давление пленки П, а по оси ординат — ее толщина /г. Кривая 1 относится к пленке воды на гидрофильной, полностью смачиваемой поверхности, а кривая 3 отвечает неполному смачиванию, когда объемная жидкость образует с пленкой конечный краевой угол. Кривая 2, в зависимости от площади под изотермой в области П<0, характеризует либо полное, либо неполное смачивание. Вид изотермы П(/1) определяется вкладом различных составляющих поверхностных сил молекулярных, [c.16]

Рис. 1.6. Изотермы расклинивающего давления смачивающих пленок

Это уравнение связывает капиллярное давление мениска Р/1 с шириной щели Н и толщиной пленок к, зависящей, в свою очередь, от П = Р. Здесь g h,H) и О (Я) — избыточные удельные свободные энергии взаимодействия участков щели, покрытых пленками 1 (рис. 1.7) и заполненных жидкостью 2, соответственно. Для расчетов ё Ь,Н) и С (Я) используются изотермы смачивающих пленок П(/г) и изотермы расклинивающего дав- [c.18]

Рис. 1.7. Равновесие мениска со смачивающими пленками в плоской гидрофильной щели

В котором остается только изотерма расклинивающего давления смачивающих пленок П(/0. Второй член в числителе учитывает существование переходной зоны 3 (рис. 1.7) между мениском и пленкой, в пределах которой действуют как капиллярные (вследствие кривизны поверхности переходной зоны), так и поверхностные силы (локальное расклинивающее давление). Наличие переходной зоны уменьшает радиус кривизны мениска г, делая его меньшим, чем (Я—2/г)/2. Так, для изотерм типа П = Л/Л, радиус кривизны мениска уменьшается до г=(Я-3/г)/2. [c.19]

Развитые представления об особой структуре граничных слоев и расклинивающем давлении составляют теоретическую основу не только равновесия, но и кинетики тонких водных прослоек и смачивающих пленок. [c.20]

Пленочное течение. Особенности кинетических процессов в смачивающих пленках связаны с подвижностью поверхности пленки, граничащей с газовой фазой. Если в тонких порах локально-действующее расклинивающее давление уравновешивается упругими напряжениями в твердой фазе пористого тела, то в смачивающих пленках градиент расклинивающего [c.26]

Для многих реальных случаев, которые будут рассмотрены ниже, давление газа над пленкой можно считать постоянным, а влиянием силы тяжести и капиллярного давления можно пренебречь по сравнению с градиентом расклинивающего давления. Это позволяет в уравнения течения смачивающих пленок ввести в качестве градиента гидродинамического давления градиент расклинивающего давления, взятый с обратным знаком, или градиент толщины пленки [c.27]

Для смачивающих пленок на плоской подложке применимо уравнение для потока q на единицу ширины пленки такое же, как и уравнение, описывающее течение через одну из половин плоской прослойки [c.27]

Как известно [45], толщина смачивающих пленок и, следовательно, общее содержание связанной воды зависит от заряда поверхности твердой фазы материала. Заряд структурных единиц торфа очень чувствителен к изменению pH дисперсионной среды. С ростом pH и, соответственно, заряда частиц, содержание связанной влаги в торфяных системах растет (см. табл. 4.1). С изменением pH в торфе меняется соотношение категорий влаги, что сказывается на подвижности воды. Так, коэффициент диффузии воды в торфе (йт) при 2 рН 9,5 изменяется примерно на 2 порядка (рис. 4.7, кривая )). При этом низким pH материала соответствуют более высокие значения йт [224], но меньшие значения термической подвижности влаги (б). Напротив, с ростом pH значения йщ снижаются, а значения б растут (рис. 4.7 и 4.8) [224, 229]. [c.74]

Изменения термической подвижности воды в дисперсных материалах в определяющей мере обусловлены различной толщиной смачивающих пленок воды на поверхностях с разной плотностью заряда. [c.77]

В этой главе исследуется влияние структурно измененных граничных слоев воды на взаимодействие частиц гидрофильных дисперсий (оксид кремния, алмаз, латексы) и силы, действующие в смачивающих пленках водных растворов на гидрофильной поверхности стекла и кварца. [c.168]

УСТОЙЧИВОСТЬ СМАЧИВАЮЩИХ ПЛЕНОК ВОДЫ В ПРИСУТСТВИИ ПАВ [c.199]

В дальнейшем [541] самопроизвольное а— - -превращение было обнаружено нами при исследовании растворов ПАВ неионного типа гомологического ряда алкилоламидов жирных кислот с числом углеводородных атомов от 9 до 11. Как оказалось, динамическое равновесие между а- и р- пленками существенно зависит от концентрации ПАВ в системе. Априори можно полагать, что при добавлении к воде алкилоламидов жирных кислот заметно изменялась молекулярная составляющая расклинивающего давления. В предварительно проведенных опытах [541] была установлена специфичность поведения ПАВ с различной длиной углеводородной цепи. В связи с возможным влиянием ПАВ на свойства двойных ионных слоев [542] представляло интерес изучить корреляцию поверхностной активности молекул гомологического ряда ПАВ с электрокинетическими Характеристиками двойных слоев для границ жидкость — газ и твердое тело — жидкость, с одной стороны, и с устойчивостью смачивающих пленок, полученных из растворов алкилоламидов жирных кислот, — с другой. [c.200]

Рис. 12.2. Зависимость вероятности прорыва смачивающих пленок в присутствии алкилоламида ундециловой кислоты от времени при различном содержании ПАВ

Устойчивость смачивающих пленок в значительной степени определялась не только содержанием ПАВ, но и величиной рП раствора. Это иллюстрирует рис. 12.6, на котором приведены экспериментальные данные, относящиеся к уровню плато Pf при постоянной концентрации ПАВ в системе и варьируемой величине pH (кривая /), а также зависимости Р/(С) при двух различных pH (кривые 2 к 3). Следует отметить, что кривая 1 отвечает переменной ионной силе раствора, а кривые 2 и 3 — постоянной. В области рН< 3 смачивающие пленки являются абсолютно неустойчивыми (кривая 1). Однако этот вывод справедлив лишь для некоторой области концентраций раствора ПАВ (кривая 2). При щелочных pH устойчивость пленок хотя [c.205]

В соответствии с изменением -потенциалов происходило изменение устойчивости -пленок, характеризуемой уровнем плато Pf. В разбавленных растворах электролита смачивающие пленки более или менее сохраняли стабильность, свойственную растворам ПАВ (см. рис. 12.8, кривая /). В области концентраций, отвечающих значительному уменьшению -потен-циалов частиц стекла и пузырьков воздуха, проявлялось резкое снижение устойчивости, которая при п = 0,1 моль/дм практически отсутствовала. Результаты, аналогичные приведенным на рис. 12.8, получены нами также для других значений С и для других соединений изученного гомологического ряда. [c.207]

Временная эволюция системы (рис. 12.2), в принципе, может быть рассмотрена как однородной марковский процесс с непрерывным временем t [549]. Из соответствующих уравнении могут быть получены оценки для вероятностей взаимного перехода а- и -пленок на основании вида функции P t). Такой подход является целесообразным для количественной характеристики устойчивости. Однако для того чтобы найденные оценки можно было сопоставить с высотами энергетического барьера и глубиной минимумов, необходима теория прорыва смачивающих пленок, которая в настоящее время еще не развита в достаточной степени [45]. [c.208]

Наибольший интерес в связи с обнаруженными зависимостями устойчивости смачивающих пленок в присутствии ПАВ вызывают два обстоятельства. Во-первых, необходимо обсудить возможное влияние адсорбции ПАВ, определяемой их поверхностной активностью, на молекулярную составляющую расклинивающего давления и, следовательно, на глубину минимумов [c.208]

Тот факт, что уже сравнительно малые добавки ПАВ резко снижают устойчивость смачивающих пленок, но при этом практически не сказываются на электрокинетическом потенциале границ раздела фаз (рис. 12.3 и 12,5), приводит к заключению [c.208]

Применение теории Фрумкина — Дерягина долгое время сдерживалось недостаточной изученностью изотерм П(/1). В настоящее время достигнут значительный прогресс как в экспериментальном изучении изотерм расклинивающего давления смачивающих пленок [45], так и в развитии методов теоретического расчета различных составляющих расклинивающего давления, действующих в этих пленках [42]. [c.211]

Теория Фрумкина — Дерягина позволяет определить величину 0SI/ для твердой поверхности, покрытой смачивающей пленкой. Ее значение равно сумме межфазных энергий двух поверхностей жидкой пленки одной, граничащей с газом (о), и второй, граничащей с твердой подложкой (osl). К этой сумме следует добавить изменение свободной энергии пленки (По/гоЧ-Л) при ее утончении от оо до конечной толщины /iq. В результате разность между аз1/ = о + а5г. +По/го +А и osl оказывается равной просто сумме о- -По/го +А, которую и содержит уравнение (13.3). [c.213]

Уравнение (13.3) дает возможность теоретически определять значения 6о по известной изотерме П(/г) смачивающих пленок данной жидкости на данной подложке. Экспериментальные и теоретические методы нахождения изотерм П(/г) приводятся в [45]. [c.213]

При этом г- оо. Таким образом, изменение условий смачивания (от 00 = 90° до полного смачивания) можно охарактеризовать с помощью одного параметра у, зависящего, как видно из (13.6), от вида изотермы расклинивающего давления смачивающих пленок и ширины щели Н. [c.216]

Рассмотрим теперь, от каких физических причин зависит смачивание или несмачивание поверхности. Для этого следует обратиться к анализу изотерм расклинивающего давления смачивающих пленок воды, показанных на рис. 13.3. Кривыми 1—3 здесь изображены зависимости толщины h водных пленок от расклинивающего давления, или, что то же, от капиллярного давления равновесного с пленкой мениска. Кривая 1 относится к пленкам воды на поверхности кварца. Точками показаны экспериментальные данные, сплошная кривая представляет собой рассчитанную теоретически изотерму, учитывающую действие в пленке трех составляющих расклинивающего давления молекулярной Пт, электростатической Пе и структурной Hs [47]. Ветви изотермы, где dU/dh<.0, отвечают устойчивым состояниям пленки. Пленки воды на кварце в области h между 60 и 10 нм (кривая 1) неустойчивы и не реализуются. При постепенном утончении водных пленок вначале возникает метастабильное состояние толстых (/г>100 нм) -пленок. Время их перехода в термодинамически устойчивое состояние тонких -пленок зависит от близости капиллярного давления к критическому Р и от площади -пленок. Чем площадь больше, тем выше вероятность образования в -пленке зародыша а-фазы. Существование толстых -пленок воды обусловлено силами электростатического отталкивания заряженных поверхностей пленки (Пе>0). Так как в этом случае По/го-ЬА>0, -пленки полностью смачиваются водой. Ниже для этого случая будут сопоставлены экспериментальные значения /г с теоретическими, рассчитанными по уравнению (13.9). [c.216]

Область применимости уравнения (13.2) ограничена такими значениями толщины смачивающих пленок, когда их еще можно считать частью утончившейся жидкой фазы. При плохом смачивании (0о 9О°) на твердой поверхности образуется двухмерная адсорбционная фаза толщина, пленок не превышает монослоя. Здесь применимо другое выражение, вытекающее из уравнения Гиббса, связывающего величину адсорбции молекул (Г) с изменением межфазного натяжения (osi/) в зависимости от давления пара адсорбата р [45] [c.218]

Формирование равновесных краевых углов требует в ряде случаев значительного времени в связи с замедленным массо-обменом между объемной жидкостью и тонкими смачивающими пленками. Кинетика перехода к состоянию равновесия контролируется при этом вязким сопротивлением пленок и диффузией компонентов водного раствора, равновесная концентрация которых в объемной фазе и тонкой пленке может быть различной. Вследствие этого вначале может быстро устанавливаться механическое равновесие в объеме капли или мениска при отсутствии механического и термодинамического равновесия с жидкостью в пленке. Возможность реализации ряда состоя- [c.220]

До сих пор рассматривались состояния термодинамического или механического равновесия системы мениск — пленка. При движении капель или менисков распределение давлений в переходной зоне и пленке меняется, что приводит к изменению также и поверхности мениска. Если теперь продолжить невозмущенный профиль мениска до пересечения с подложкой, то определенное этим формальным методом значение краевого угла обнаруживает зависимость от скорости V смещения периметра смачивания. Динамические краевые углы 0а начинают отличаться от статических 0о и превышать их при и>10 см/с. Теория динамических краевых углов развита пока только для случая полного смачивания, когда мениск наступает с постоянной скоростью на равновесную смачивающую пленку. Решение удается получить численными методами на основе уравнения (13.1) [564]. Полагая, что условие пологости профиля переходной зоны сохраняется и при течении, из (13.1) можно получить следующее выражение для градиента давления в направлении течения [c.221]

Рис. 13,8. Формирование смачивающей пленки толщиною ко и радиусом го на. твердой подложке / в отверстии трубки 2 радиуса Н при отсасывании жидкости че- - з- г - рез щель 3 под действием капиллярного давления

Смачивающие пленки формировали на полированной кварцевой пластинке 1 (рис. 13.8) путем приближения к ней мениска жидкости в трубке 2 радиусом 7 = 0,5- -1 мм. Жидкость отсасывали из трубки через щели 3. Толщину пленки ho в состоянии равновесия с окружающим ее мениском измеряли по интенсивности отраженного света. Радиус пленки Го составляет, в зависимости от капиллярного давления мениска Рк, несколько десятков мкм. Одновременно с измерением толщины фотографировали интерференционные кольца от мениска, что позволяло определить его профиль /г(г), где г — радиальная координата. [c.225]

До сих пор рассматривалось состояние воды, заполняющей пористое тело полностью. При неполном насыщении вода заполняет поры частично, что приводит к образованию пленок, менисков и появлению капиллярного давления. В этой связи возникает вопрос о поверхностном натяжении и кривизне менисков, их равновесии со смачивающими пленками. Толщина смачивающих пленок определяется изотермой их расклинивающего давления, отличающейся от изотермы П(/г) плоских прослоек между твердыми поверхностями тем, что одна из поверхностей смачивающих иленок граничит с газовой фазой. Таким образом, смачиваюп ая пленка воды представляет собой резко несимметричную систему. [c.16]

В зависимости от Рк могут реализоваться различные состояния и, соответственно, толщины смачивающих пленок. Так, при малом капиллярном давлении Рк — на рис. 1.6) в зависимости от степени гидрофильности подложки могут возникать либо толстые (порядка 100 нм) усто 1чивые пленки (изотерма /), либо также достаточно толстые, но метастабильные р-пленки (изотерма 2). При приближении капиллярного давления к критическому они могут прорываться, переходя в значительно более тонкие (около 10 нм) термодинамически устойчивые а-пленки, впервые исследованные в работе [46]. Наконец, при дальнейшем ухудшении смачивания (изотерма 5) находиться в равновесии с мениском могут только тонкие (/г 1 нм) а-пленки. В тонкопористых телах, где капиллярное давление велико (Р г — на рис. 1.6), метастабильное состояние водных пленок может не реализоваться. [c.17]

Условия течения смачивающих пленок существенно меняются, если к их поверхности, граничащей с газом, приложено тангенциальное напряжение т. Оно может передаваться пленке, например, под действием обдувающего потока газа или создаваться градиентом поверхностного натяжения пленки T = grada, вызванным температурной или концентрационной зависимостью-о. [c.29]

Течение смачивающих пленок под действием T = grada(7 ) носит название термокапиллярного течения [61]. Оно исследовано путем измерения скоростей смещения пузырьков газа в тонких цилиндрических капиллярах под действием постоянного градиента температуры V7 = onst. Смещение пузырька происходит в результате перегонки пара на холодный мениск и термокапиллярного течения пленки, также направленного в холодную сторону, так как да дТ)<0. Скорость термокапиллярного течения, пересчитанная на скорость смещения пузырька VT=qr равна [c.29]

Теория электроосмоса смачивающих пленок воды была развита применительно к случаю, когда заряд на поверхности пленок, граничащей с газом, отсутствует [45]. Это позволяло использовать известные злектрокинетические решения для плоских щелей с одинаковыми потенциалом и зарядом обеих поверхностей. Электроосмотический поток в пленке получался при этом таким же, как в одной из половин симметричной щели, Возможность такого подхода определялась равенством нулю напряжения сдвига т на поверхности пленки. В действительности же заряд свободной поверхности смачивающих пленок чаще всего отличен от нуля, что связано с адсорбцией ионов или молекул ионогенных ПАВ. При наличии поверхностного заряда пленки Q на ее поверхности возникает тангенциальное напряжение x = QWE, где V — градиент электрического поля. [c.30]

Большое число работ убедительно демонстрирует отличие свойств жидкости, находящейся вблизи поверхности, от свойств в ее объеме [14, 36, 87, 114, 466—475]. Так, обнаружена аномалия диэлектрических свойств [469, 470], эффект ск ачкообразно-го изменения электропроводности [470], изменение вязкости в зависимости от расстояния до твердой- стенки [114, 471, 472], появление предельного напряжения сдвига жидкости при приближении к поверхности твердого тела [14, 473, 474]. Для набухающего в водных растворах 1 а-замещенного монтмориллонита обнаружена оптическая анизотропия тонких прослоек воды [36] найдено изменение теплоемкости смачивающих пленок нитробензола на силикатных поверхностях [475]. Установлено отличие ГС от объемной жидкости по растворяющей способности, температуре замерзания, теплопроводности, энтальпии. В. Дрост-Хансеном опубликованы обзоры большого числа работ, содержащие как прямые, так и косвенные свидетельства структурных изменений в граничных слоях [476—478]. В качестве косвенных доказательств автор приводит, в первую очередь, существование изломов на кривых температурной зависимости ряда свойств поверхностных слоев. Эти температуры отвечают, согласно Дрост-Хансену, разной перестройке структуры ГС. Широко известны также работы Г. Пешеля [479] по исследованию ГС жидкостей (и, прежде всего, воды) у поверхности кварца в присутствии ряда электролитов. [c.170]

При исследовании устойчивости смачивающих пленок растворов цетилтриметиламмонийбромида (ЦТАБ) было обнаружено явление самопроизвольного перехода от толстых -пленок к тонким а-пленкам [540]. Такой переход был объяснен нали- [c.199]

Изучали устойчивость смачивающих пленок на внутренних стенках цилиндрических стеклянных капилляров пленки формировали путем введения в капилляр, заполненный исследуемым раствором, маленького пузырька воздуха [543]. Длина цилиндрической части тонких жидких слоев во всех опытах составляла 0,20+0,01 см. Капилляры диаметром 0,032 0,003 см изготавливали из стекла марки Пирекс . Тщательный контроль длины и радиуса пленок необходим в связи с сильной зависимостью их устойчивости от геометрических размеров [544, 545]. После заполнения раствором и введения иузырька воздуха капилляры помещали в атмосферу насыщенного водяного пара для предотвращения испарения из них воды и периодически рассматривали смачивающие пленки под микроскопом. Прорыв тонких слоев сопровождался либо распадом их на мелкие капли размером порядка десятков микрометров, либо прорывом пленки вблизи менисков и наступающего вследствие этого отто- [c.200]

КОСТИ. Впервые этот путь был намечен в работах А. Н. Фрум-кина [552] и Б. В. Дерягина [553], положивших начало развитию теории смачивания. Взаимодействие жидкости с твердой подложкой, описываемое на основе изотерм расклинивающего давления смачивающих пленок П(/г), позволяет рассчитать значения 0о. [c.211]

Мениск смачивающей жидкости контактирует при этом со смачивающей пленкой, равновесная толщина которой Ло определяется уравнением изотермы П(/г). Значение ко отвечает расклинивающему давлению, равному капиллярному давлению равновесного мениска По =. Ра . Между объемной частью мениска с постоянной (в пренебрежении силой тяжести) кривизной поверхности Ко = Рк1а (где о —поверхностное натяжение) и плоской смачивающей пленкой образуется переходная зона 2 (см. рис. 13.1), где действуют одновременно капиллярные силы, вызванные кривизной поверхности слоя жидкости, и поверхностные силы, связанные с дальнодействующпм полем подложки. В состоянии равновесия из условия постоянства давления во всех частях системы получим [c.211]

Таким образом, можно сформулировать условия, ведущие к изменению смачивания водой твердых поверхностей. Влиять на вид изотерм П(/1) смачивающих пленок воды можно в основном за счет двух эффектов — зарядовых (Пе) и структурных (П ). Молекулярные силы, зависящие от спектральных характеристик воды и твердой подложки, мало чувствительны к составу водного раствора, температуре и заряду поверхностей. Поэтому для данной твердой подложки значения Пт практически постоянны. Влиять на структурные силы можно посредством трех факторов повышением концентрации электролита и температуры, что ведет к уменьшению структурного отталкивания, а также путем адсорбции молекул ПАВ, что изменяет характер взаимодействия молекул воды с твердой поверхностью. Ухудшение смачивания, необходимое для повышения эффективности флотации, достигается обычно путем адсорбции поногенных ПАВ. При этом важно, чтобы ПАВ избирательно адсорбировалось на одной из поверхностей пленки, придавая ей заряд, обратный по знаку заряду другой поверхности. В этом случае возникают силы электростатического притяжения (Пе<0), что сдвигает изотерму в область П-<0. Адсорбция ПАВ может приводить одновременно и к гидрофобизации твер- [c.217]

С разрушением особой структуры граничных слоев связан также и известный эффект ухудшения смачивания при повышении температуры [562]. На рис. 13.5 приводятся результаты расчетов изотерм расклинивающего давления смачивающих пленок водного 10 М раствора КС1 с добавками ионогенных ПАВ. Для молекулярных сил принята та же константа А для структурных сил — экспонента IIs= sexp(—/i/Я-), где С = = 10 Н/см и А,=0,25 нм. Исходной, без добавок ПАВ, является изотерма, показанная кривой 6. Потенциалы поверхностей кварца (ii)i) и пленки (ij]2) принимали в этом случае равными —100 мВ и —25 мВ, соответственно. Расчеты по уравнению (13.3) приводят к значению 0о = 8° (см. рис. 13.4). Влияние добавок ПАВ сводилось в проведенных расчетах к изменению потенциала вследствие адсорбции ПАВ на поверхности пленка— газ. Адсорбция анионоактивного ПАВ, повышающая отрицательный потенциал ifi2, приводила к улучшению смачивания. Так, при il]2= —35 мВ рассчитанный краевой угол уменьшается до 7°, а при 11)2 = —45 мВ—до 5°. Дальнейший рост i 52 (кривые 1—<3) обеспечивает уже полное смачивание поверхности кварца. Если же на поверхности пленки адсорбируется катионоактивный ПАВ, заряжающий поверхность пленка — газ положительно (г1)2=+Ю0 мВ), в то время как поверхность подложки остается заряженной отрицательно, краевой угол растет до 28° в связи с тем, что электростатические силы вызывают притяжение поверхностей пленки (Пе<0). Полученные результаты находятся в хорошем согласии с результатами прямых измерений краевых углов растворов КС1 с добавками анионоактивного натрийдодецилсульфата и катионоактивного цетилтриметиламмонийбромида [563]. [c.220]

На рис. 13.6 показаны рассчитанные на ЭВМ профили мениска, движущегося с разной скоростью v в плоской щели [564]. Для определения Qd использовали участок профиля постоянной кривизны, непосредственно примыкак5щий к зоне течения и находящийся поэтому еще в области пологости слоя жидкости h x). На рис. 13.7 приводятся некоторые из результатов расчетов зависимостей os 0d от величины критерия Дерягина Е>е = ит]/о, характеризующего безразмерную скорость смещения мениска. Расчеты сделаны для изотермы вида n(/i) = = Alh (при Л = 10 Дж) и различной полуширины щели Н. Как видно из рис. 13.7, повышение скорости v приводит к росту значений Bd. Отличия Qd от статического значения 0о= О начинают проявляться при De>10 . Чем уже щель и чем, соответственно, меньше толщина равновесной смачивающей пленки ho, тем меньше течение нарушает профиль мениска. [c.222]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология