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      懸浮液表面張力測值以及表面張力三明治效應的典型應用

      點擊次數:3243    發布時間:2022-09-26 00:00:00

      表面張力值是表征液體材料基本物性的關鍵指標,以來,表面張力的測量通常采用表面張力儀。表面張力儀應用為廣泛的是如美國科諾的A601或A101型稱重原理的表面張力儀,其核心技術為鉑金板法以及鉑金環法。

      通常情況下,我們所指稱的表面張力值的測量是通過將環浸入液體后再拉回,并取值,采用修正因子修正后得到表面張力值;或,通過將鉑金板浸入到液體里后,再拉回,測試一段時間的表面張力值后,求平均值。

      如上的測量方法對于通常情況下的低粘度樣品、穩定性較好的樣品、非表面活性劑體系、非有粘度樣品而言,比如水、酒精等測值的數據重復性和穩定性均表現良好。但是,對于應用到實際測試表面張力值,并進而將表面張力值進行應用于實際研發或品質控制時,其效果并不理想。

      一個典型的表面張力儀應用的失敗案例是墨水或涂料的表面張力測值。通常一些仿制墨水或涂料廠商的研發部分擬通過表面張力值的測量,實現復制墨水或涂料的目的。但是,通過實際應用效果來看,表面張力值測值結果非常接近的情況下,其應用效果經常出現明顯不同。

      通常情況下,非的界面化學儀器廠商會建議考慮接觸角儀,并通過墨水或涂料的色散力或極性力的組份來判斷效果是否一致。但是,這種表征技術通常出現如下三個方面缺點:

      1、如果通過接觸角測值結果來表征的話,由于底材本身存在的化學多樣性、異構性或表面粗糙度會影響到接觸角的測值結果,因而,測得的接觸角值的結果其重復性和可比性就比較差,表征的可靠性就會降低;

      2、如果想通過測試色散力或極性力值或其分布來評估不同的液體,事實上科學性不夠的。因為墨水或涂料本身是復配體系,不能簡單的采用一個色散力或極性力的配比來表征。事實上,對于用戶的理解或實際意義的表達均存在很大困難。

      3、測值的重復性比較差,可操作性差。

      但是,表面張力測量技術的在于:對于絕大多數的非純樣品或膠體化學里的絕大多數樣品,包括表面活性劑體系、懸浮液體系等,均存在明顯的表面張力或界面張力三明治效應,即液體與空氣的表面,液體與底材的界面之間,其值會出現明顯的不同。

      表面張力三明治效應

      而目前的鉑金板法,鉑金環法,氣泡壓法(氣泡法),滴體積法等均只能則試得到上層液體的表面張力值。

      作為一個典型案例,我們測試了醫藥行業的懸浮液作為示例。

      表面張力三明治效應

      表面張力三明治效應

        上層mN/m 下層mN/m
      樣品1 37.823 46.303
      樣品2 39.103 54.689
      樣品3 40.83 55.272

       

      數據分析:
      1、懸浮液的表面張力值出現明顯的表面張力三明治效應。如上所示三個樣品出現明顯的下層表面張力高于上層表面張力的情況,在實際應用中,下層的表面張力通常作用于液-固界面,上層表面張力通常作用于液-氣表面,因而,從實際效果來看,樣品1-3的表面張力均比較大。
      2、雖然從上下層的表面張力變化來看,其變化趨勢為一樣的。但是,通過上層表面張力來看,區別為3mN/m,而下層表面張力區別為近9mN/m。因而,下層表面張力的控制將明顯有利于控制樣品的研發以及品質。
      3、其中1號樣為對比樣,2、3號樣為研發新樣??梢?,通過上層的表面張力測試得到的值作為判斷樣品,可靠性極低。而通過下層表面張力的評估,則判斷的可靠性。

      表面張力三明治效應

      1號樣品下層表面張力測試結果

      表面張力三明治效應

       

      2號樣品下層表面張力測試結果分析圖譜

      表面張力三明治效應

      3號樣品下層表面張力分析測試圖譜

      如上測試算法均采用阿莎算法。阿莎算法的優點在于其測試結果會明顯出現左、右值的高精度判斷。事實上,98%以上的樣品由于吸附不均勻、振動等影響,出現左、右側的圖像的非軸對稱。而如果采用Young-Laplace方程的軸對稱圖像分析技術,其測值結果的精度就比較差。

      阿莎算法的應用特點在于:表面張力測值結果取左、右基本接近時的狀態的結果為準,出現較大振動或偏差時,盡量采用平均值為準。

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