涂装作业安全规程 涂漆工艺安全及其通风净化1.doc

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1、第四章海洋防污损技术与材料　　　Chapter4　　Methods&MaterialsforMarineAntifouling　　Basicalprincipalsaboutsuperhydrophobicity　　　4.1超疏水性表面结构技术与材料　　4.1.1超疏水基本知识　1.润湿　　润湿性（又称浸润性，wettability）是固体表面的一个重要特性。　润湿（wetting）是一种界面现象，它是指凝聚态物体表面上的一种流体被另一种与其不相混溶的流体取代的过程。常见的润湿现象是固体表面被液体覆盖的过程。　润湿过程实际上是液相与气相争夺固体表面的过程，可以看作固－气界

2、面的消失和固－液界面的形成过程。　　　1）表面自由能判据　液体与固体接触时，液体能否润湿固体，从热力学角度看，就是恒温、恒压下体系的表面自由能是否降低。如果自由能降低就能润湿，且降低越多润湿程度越好。　　　图中表示界面均为一个单位面积，固－液接触时体系表面自由能的变化。　　　　　　所以，DG<0是液体润湿固体的条件。　　　但固体的表面张力s气－固和s液－固难于测定，因此难以用上述公式进行计算和衡量润湿程度。　　　　　2)润湿角（接触角）判据　液体滴在固体表面上，在平衡液滴的固、液、气三相交界处自固－液界面经液体内部到气－液界面的夹角称为润湿角（wettingangle）或

3、接触角（contactangle）。　　　　　Young’sequation　　　固液表面液体的接触角是固、气、液界面间表面张力平衡的结果。液滴的平衡使得体系总能量趋于最小，而液滴则在固体表面处于稳态（或亚稳态）。　　一般来说，液滴在光滑平坦固体表面的接触角可以用Young’s方程来表示：　　　，即　　式中，gSV、gSL、gLV分别代表固气、固液、液气界面的表面张力；q为平衡接触角，或称材料的本征接触角。　　　Young’s方程的应用条件是理想表面，是指固体表面是组成均匀、平滑、不变形和各向同性的。只有在这样的表面上，液体才有固定的平衡接触角。　　　可见，q越小，液体对

4、固体的润湿程度越好。　当q＝0o时，液体对固体“完全润湿”，液体将在固体表面上完全展开；　当q＝180o时，液体对固体“完全不润湿”，当液体量很少时则在固体表面上缩成一个圆球。　　　润湿角　　润湿程度　　q＝0o　　　完全润湿　0o

5、　98-112　　　异丁橡胶　　110-113　　人的皮肤（未清除天然油类）　　90　石墨　　　86　滑石　　　78　铂　　40　金　0　　Aspectscontributingtosuper-hydrophobicity　　2.影响超疏水性的两个因素　　　1）表面能　　　影响固体表面润湿性的因素，主要有两个：一是表面自由能，二是表面微观结构。　　　一般说来，固体的表面自由能越大，越易被液体所润湿。　　　一般液体的表面张力（除液态汞外）都在100mN/m以下。据此可把固体表面分成两类：高能表面、低能表面。（H2O,72）　　surfaceenergyandsurfacep

6、roperties　高表面能固体：每平方米几百至几千毫焦之间，易为一般液体所润湿，主要有常见的金属及其氧化物、硫化物、无机盐等。　低表面能固体：表面自由能与液体大致相当，约在25-100mJ/m2左右，其润湿性与液固两相的表面组成与性质密切相关，主要为一般的有机固体及高聚物。　固体表面，按其自由能大小，可以分为亲水及疏水两大类。　亲水表面：玻璃、金属　疏水/亲油表面：聚烯烃、硅树脂　　疏水/疏油表面：聚四氟乙烯（特富龙/特氟龙）.所谓的双疏表面。　　　　　　Criticalsurfacetension（临界表面张力）　　W.A.齐斯曼等人发现，同系物的液体在同一固体表面上

7、的接触角随液体表面张力gL的降低而单调下降。以接触角q的余弦cosq对液体的表面张力gL作图，可得一直线（见图）。将此直线延长到cosq＝1处,其对应的液体表面张力值即为此固体的临界表面张力，也称临界润湿张力，以gc来表示。　　　凡是液体的表面张力大于gc者，该液体不能在此固体表面自行铺展；只有表面张力小于gc的液体才能在表面上铺展。因此gc值愈高，能够在其表面上展开的液体就多，gc愈低，则能够在其表面上展开的液体就愈少(??)　　Effectofsubstitutiononthegcofpolymer　　　研究表明，高分子碳