表面和界面张力在许多工业过程中起着关键作用例如,包括洗涤剂、涂料和石油回收等等。当开发新的涂层配方或评估洗涤剂的质量时,进行表面张力测量。主要有三种方法测量平衡表面和界面张力.其中两种方法是基于力张力计;杜Noüy环和,威廉盘,而第三个是安光学方法;吊坠下降。
杜Noüy环法利用铂环作为探针。铂金戒指被放置在与高灵敏度天平连接的测量挂钩上。通过移动放置液体容器的平台,将环淹没在界面下方。浸泡后,平台的高度降低,环穿过界面,带着半月板状的液体。如果容器进一步降低,半月板将从环撕裂。在此事件之前,半月板的体积(因此施加的力)通过最大值,并在实际撕裂事件之前开始下降。表面或界面张力的计算是基于对最大力和环周长的测量。
图1所示。从力与时间曲线可以看出实验的不同阶段:1)开始时,环在界面上方,力归零。2)环与界面接触,由于环与表面之间的粘附力,有轻微的正力。3)必须将环推过界面(由于表面张力会产生较小的负力)。4)环穿过界面,由于环的支撑线,测量到一个小的正力。5)当通过界面抬起时,测得的力开始增加。6)力量不断增强。7)达到最大力。8)在最大值之后,力有一个小的下降,直到片层破裂,或环被推回表面以下。
Du Noüy环的测量是用力张紧计进行的,将测量杯放在台上,探头放在挂钩上,如下面的视频所示。
Wilhelmy板法利用粗糙的铂板作为探针。这种技术的计算是基于与液体接触的完全湿润的板的周长。在这种方法中,探头相对于表面的位置是重要的。当液体表面与探针接触时,仪器将通过记录探针上的力变化来检测准确的接触时刻。这个位置被标记为“零浸泡深度”。然后将板浸入到低于此值的设置深度(通常是进入界面几毫米)。当板稍后回到零浸泡深度时,力被记录下来。
同样,用铂棒代替威廉板也可以进行测量。测量原理保持不变,但探头的小直径也可以测量更小的样本量。然而,与此同时,测量精度也不如标准威廉板技术高。
由于威廉板或棒测量是用力张力计完成的,测量过程非常类似于杜Noüy环所示的测量过程。现在,钩子上挂的不是戒指,而是一个盘子或杆子。测量在按下开始按钮后自动运行。
表面和界面张力测量也可以使用垂坠形状分析进行光学。悬在针上的液滴的形状是由力的平衡决定的,其中包括被研究液体的表面张力。
使用迭代近似的现代计算方法允许找到杨-拉普拉斯方程的解。因此,任何两种密度已知的不混溶流体之间的表面或界面张力都可以确定。对于光学张力测量,液滴的大小是重要的,它应该有撕裂或垂坠的形状。
如果您正在考虑哪种方法最适合您的应用程序,请下载白皮书表面和界面张力-如何选择最佳的测量方法
这篇博客文章最初发布于2018年2月6日,并已更新视频和小的修改。