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表面张力仪如何测试表面张力三明治效应以及表面活性剂是否存在表面张力三明治效应

 2017年12月17日, 我们在官网上提出了表面张力三明治效应 http://www.surface-science.com.cn/Article/T3/274.html 。通常情况下,混合液体,特别是存在表面活性剂或复配表面活性剂的液体,由于亲水-亲油基的吸附不同,表面活性剂的机理在液体中存在明显的三明治效应,如鲜牛奶、墨水、油墨、油漆、涂料等等。上海梭伦对于表面张力的三明治效应作出了详细的技术论证,并将其应用于牛奶和墨水的表面张力测值过程中。

近期,我们对表面张力三明治效应采用上海梭伦的动态铂金板法和悬滴法进行了进一步测试验证,测试样品为氟表面活性剂。通过数据曲线可以看到明显的动态吸附以及三明治效应的变化。

测试样品为单组份表面活性剂,浓度为10%左右表面活性剂。

表面张力三明治效应及表面张力仪

对超高浓度且静置一天时间的同一样品表面活性剂采用表面张力仪的铂金板法,在采用静态方法时,表面张力的测试结果为17.94mN/m。同样的样品,采用悬滴法的表面张力仪并使用阿莎算法(ADSA-RealDrop)时,测得的表面张力值如下图所示。测值结果与如上静态方法测试值接近。通过两种完全不同的表面张力仪测试仪器和测试方法得到的最终测值结果接近,说明测值数据可信。

表面张力三明治效应及表面张力仪

回到第一个图片的动态测试过程。

表面张力仪 表面张力三明治效应

表面张力测试图片中,初始的表面张力值为蒸馏水的表面张力值,除了最后一次添加常规表面活性剂的动态吸附之外,其他的几次操作均为添加本次实验中出现了表面张力三明治效应的表面活性剂。从表面张力仪测试图片中,我们可以看到:

1、添加了表面活性剂后,表面活性剂迅速在样品最上表面形成吸附,时间通常为2秒以下(如上图的下面部分所示)。

2、表面活性剂在液体表面吸附形成后,开始较长时间的表面张力增大的过程。这个过程中,表面活性剂分子离开液体表面至下表面层。下表面层的表面张力值如悬滴法表面张力仪测试得到数据所示。

3、添加了常规表面活性剂时,该表面活性剂并未出现与被测试氟表面活性剂同样的吸附到上表面后,慢慢地离开表面到下层表面吸附的过程。

4、通过如上表面张力仪测试动态吸附的过程,可以用于评估:

(1)表面活性剂动态吸附时间。从目前的技术情况来讲,动态的铂白金板无论在精度、测试操作方便性、测试操作的易理解性方面均远优于最大气泡法(Max bubble pressure)的表面张力仪。最大气泡法的表面张力仪测试动态吸附需要测试每个气泡形成的时间点,相当于如上迅速下降的表面张力的点均需要测试得到或通过拟合线分析得到。这样的操作需要非常消耗时间。同时,最大气泡法通常无法测得平衡的表面张力值,对于纯的液体如水、酒精等会相对好一些,对于复配体系的样品通常是无法测得非常稳定且具有重复性的表面张力值的。

对于需要便携式测试表面张力值的用户,我们建议采用上海梭伦提供的SL250系列表面张力三明治效应测试系统。测试精度高,且可以测试动态吸附过程。

(2)表面活性剂的CMC值。测试图片中的每次降低的表面张力值均显示了浓度与表面张力的变化,如果添加表面活性剂后,浓度无法导致表面张力再降低,此时说明已经达到CMC值。因而,动态铂金板法相对于静态铂金板法而言,测试表面张力的CMC值会非常快。

(3)评估表面张力三明治效应。如上图所示。

作为研究分析具有实例,我们对墨水的表面张力值的动态吸附进行了测试。测试仪器为上海梭伦表面张力仪A601型,动态分析速度46数据/秒。测试方法为,先测试墨水的表面张力值(低于CMC浓度),再往墨水里添加同样的墨水,以评估表面张力的动态吸附过程。

墨水的表面张力测试及三明治效应评估

 

墨水的表面活性剂的动态吸附及三明治效应在接触角测试仪中的表现为,墨水的接触角值吸附时间较长,如上墨水样品的接触角吸附时间为1.2秒左右。如果用于高速印刷,则说明该墨水是不合格的样品。

其次,在接触角测量仪中表面为该墨水的接触角值是慢慢变小的。如下图:

墨水对纸张的接触角值

墨水对纸张的接触角值

墨水对纸张的接触角值

 
   
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