润湿

    润湿 : 润湿是指在固体表面上 一种液体取代另一种与之不相混溶的流体的 过程。润湿作用必然涉及到三相,其中两相是 流体。常见的润湿现象是固体表面上的气体 被液体取代的过程。有时将润湿剂也称作润 湿渗透剂 (Wetting and penetrating agent)。
润湿过程分为三类:沾湿(adhesion)、浸 湿(immersion)和铺展(spreading)。沾湿是 指液体与固体从不接触到接触,改变液气界 面和固气界面的过程。典型的沾湿过程如雨 滴沾在衣服上。浸湿是指固体浸入液体的过 程,如衣服泡在水中被浸湿。铺展的典型例子 是固体表面的涂布和喷洒。
下图是润湿图示。接触角θ可做为润湿 的直观尺度,接触角小时表示易被润湿。

图 接触角

比如在生产银盐感光底板时,需要降低感光乳剂在支持体上接触角,使乳剂在片基 上很好的铺展开来。此时用到的作为润湿剂 的阴离子表面活性剂有皂角苷、丁二酸二辛 酯-α-磺酸钠、 对辛基苯酚聚氧乙烯硫酸钠非离子表面活性 剂如蔗糖高级脂肪醚等。氟表面活性剂由于 具有显著降低表面张力的作用,所以也用来 复配润湿剂。
在橡胶等工业中用做润湿剂的有烷基硫酸钠、二辛基磺化琥珀酸钠 (又名润湿剂 OT)、壬基酚聚氧乙烯醚(也称ON-10,OII- 10,OP-10)、聚氧乙烯(20)、失水山梨醇单 月桂酸酯(又名吐温20)、失水山梨醇单月桂 酯 (又名斯潘20)、失水山梨醇单棕榈酸酯 (又名斯潘40)、失水山梨醇单硬脂酸酯 (又 名斯潘60)、失水山梨醇单油酸酯(又名斯潘 80)、乳酸乙酯、月桂酸二乙醇胺、烷基聚氧 乙烯醚 (又名润湿剂JFC) 等。

在金属酸洗和羊毛炭化等过程中的强酸 性溶液中,大多数阴离子表面活性剂会失去 活性,所以应采用非离子表面活性剂做为润 湿剂。
液体润湿固体的能力取决其表面张力。 表面张力越低润湿能力越强。所以γ_cmc和 cmc低的表面活性剂润湿效率高。由于固体 表面常常带负电,所以阳离子表面活性剂会 在固液界面形成疏水基向外的吸附层,而不 适于做润湿剂。
表面活性剂通过吸附作用可以改变固体 表面的组成和结构。非极性的固体可以通过 吸附表面活性剂形成亲水基向外的吸附层而 改善其润湿性能。不过这种吸附作用大都是 靠wan der waals力起作用的物理吸附,不太 牢固。如果将聚乙烯、聚四氟乙烯、石蜡等低 表面能固体浸在氢氧化铁或氢氧化锡溶胶中 时,水合金属氧化物在低能表面上能发生相 当牢固的粘附。干燥后可使表面润湿性发生 永久性改变,使表面具有了永久的亲水性。例 如,最不容易润湿的聚四氟乙烯固体在三价 铁浓度为0.37mmol/L的铁溶胶中浸泡 16min,干燥后即是如此。
测定润湿程度的最简单方法是将布片置 于润湿剂溶液的表面,测定布片在溶液中从 漂浮到沉没所需要的时间; 或者在同一水溶 液中强制地将一轴棉线或羊毯等沉没下去, 测定水渗透到中间所需要的时间; 或是将布 条的一端浸在水溶液中,测水上升一定距离 所需要的时间。润湿的科学判据是润湿方程, 将接触角的大小作为润湿标准。测定接触角 方法分为角度测量法、长度测量法、力测量 法和透过测量法四大类。前三种适用于连续 的平固体表面,后一种方法可用于粉末固体 表面的接触角测定。
润湿方程写作γ_sg—γ_sL＝γ_Lgcosθ,最早 由T、Young 1805年提出,也称为杨式方程。 它是润湿的基本公式,说明了三相交界处三 个界面张力平衡的结果。式中γ_sg与γ_sL分别 表固-气与固-液间的界面张力。θ为接触角。