涂料中的流变学与表面化学课件.ppt

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1、3.2.4润湿作用与接触角一.润湿作用的含义润湿作用是指表面上的一种流体被另一种流体所代替。-----什么叫做润湿作用？这种流体可以是气体，也可以是液体。-----比较一下图1和图2我们会发现什么？图1图2图1上的液体能够很好地在表面上润湿，而图2则润湿效果不好。-----怎样科学地表达润湿的效果？二.接触角（contactangle）在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用θ表示。-----润湿角是怎样表达润湿效果的？完全不润湿不能润湿能润湿完全润湿由此可见，若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面。若接触角小于90

2、°，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。由此可见，接触角的大小可以用实验的方法进行测量。-----为什么水能润湿玻璃表面而汞不能呢？接触角的大小与润湿表面的张力系数有关，可以用以下公式进行计算：式中：为固-气界面张力系数，为液-固界面张力系数，为液-气界面张力系数。-----润湿过程有何特点？三.润湿作用的分类1.沾(zhan)湿液体与固体接触过程，也就是液/气界面和固/气界面变为液/固界面的过程。这个过程的自由能变化是：令涂料的液滴有效地涂于基材表面上，或农药的雾滴停留在植物的叶子之上，就是典型的沾湿。Wa称为黏附功，若Wa>0，则自由能为负值，此过程可进行，即液

3、体能够在固体上发生沾湿。-----沾湿过程有何特点？令Wc称为内聚功，反映液体自身结合的牢固度。若将上述过程的固体改为液体，及液体与液体之间的润湿，则可得另一公式，即Wc是液体分子间相互作用力大小的表征。-----为什么叫内聚功？2.浸润浸润是把固体浸入到液体的过程，也就是将固/气界面变为固/液界面的过程。-----这一过程有何特点？浸润过程的自由能变化是令Wi称为黏附张力。表示液体是否能够黏附到固体的表面。当Wi>0时，自由能为负值，固体可以被浸湿。3.铺展将涂料涂于基材时，不仅要求涂料附于其上，而且要求其流动，其过程实质是以固/液界面为代替固/气界面的同时液体表面

4、也同时扩展。（1）铺展的含义铺展是指一滴液体能在另一种不相溶的液体表面或固体表面上自动形成一层薄膜的现象。当铺展面积为单位面积时，自由能变化为：令（2）铺展过程中的自由能变化S称为铺展系数，若S>0，在恒温恒压下液体可以在固体表面自由展开。一般说，铺展后，表面自由能下降，则这种铺展是自发的。即固液黏附力大于液体内聚力时，液体可以自行铺展。若在式中采用黏附功和内功概念，则有：涂料应用过程中不仅触及液体在固体表面的铺展，而且也触及液体在液体表面上的铺展。例如将一滴液体石蜡在水面上，就形成一个油滴，好像一个凸透镜镶在液体表面。设液体1和2的表面张力和界面张力分别为γ1,g,

5、γ2,g和γg1,2。在三相接界点处，γg1,g和γg1,2的作用力企图维持液体1不铺展；而γg2,g的作用是使液体铺展，如果γg2,g>(γg1,g+γg1,2)，则液体1能在液体2上铺展。12g1,gg1,2g2,g3.2.5荷叶效应与双疏表面一.双疏表面与荷叶效应当表面上水的接触角大于90o时，为疏水表面，而接触角大于1500时，称为超疏水表面。水的表面张力为72mN/m，而油为20～30mN/m，仅通过表面张力的改变是很难达到双疏表面的。不仅疏水也疏油的表面称为双疏表面。1.双疏表面的含义天然界定荷叶。芸苔表面仅为一般的蜡覆盖，但与水的接触角可达1600，表现

6、出超疏水性，这种现象被称为荷叶效应。二.双疏表面的结构特点天然荷叶表面由无数微米级乳突组成，每个微米级乳突上又为无数个纳米级乳突所覆盖，这种纳米结构造成荷叶具有极高的粗糙度。正是荷叶特殊的表面微观形貌，使它具有超疏水性。三.双疏表面在涂料中的应用超双疏涂料可以作为自清洁涂料，可以用于防止生物生长的舰船防污涂料和减阻涂料。四.双疏表面的制备1.等离子表面聚合法2.升华制孔法3.化学沉积法4.相分离法5.模板刻蚀法3.3涂料施工中的表面张力问题一.流平涂料施工时表面不平整，干燥过程中也不能使其平整的情况属于流平问题。涂料在施工过程中的流平、微孔、桔皮、发花和浮色等许多现象

7、都与表面张力有关。流平力来自表面张力，流平可以减少液体的表面积。在涂层的薄处，气体挥发得相对比较快，表面张力上升得快，周围高处的涂料有向其铺展的趋向。二.缩孔缩孔如果涂料对底材润湿性不好，或者涂料表面张力大于底材表面张力，涂料无法铺展润湿，表面所吸附的气体不能被涂膜所取代，涂膜易产生缩孔或气孔。三.橘子皮现象橘子皮现象是指涂层表面微微地起伏不平，形状有如橘子皮的情况。橘子皮现象在喷涂时，喷枪的距离控制不好或涂料和溶剂配合不好，雾化情况不好等都可引起橘皮现象。喷涂时，雾化的小滴经过较长的距离，溶剂挥发很多后，落在湿膜上，由于这种小滴浓度高，表面张力大，