Коллоидная химия: Лабораторный практикум, страница 21

Чтобы изменить природу твердой поверхности (модифицировать поверхность), то есть превратить гидрофобную поверхность в гидрофильную, или наоборот, надо создать на поверхности адсорбционный слой, что может быть достигнуто, в частности, нанесением на поверхность различных веществ или их растворов. Например, добавление ПАВ в воду, нанесенную на гидрофобную поверхность, приведет к образованию на твердой поверхности адсорбционного слоя дифильных молекул ПАВ, ориентированных углеводородными радикалами к твердой поверхности, а полярные группы будут направлены в сторону водного раствора и произойдет обращение угла смачивания или инверсия смачивания.

Надежное модифицирование (гидрофилизация или гидрофобизация) различных поверхностей является важной проблемой для многих отраслей промышленности, в частности для хлебопекарной и кондитерской актуальна задача уменьшения адгезии теста и кондитерских изделий к поверхностям технологического оборудования.

Приборы и методы измерений

Критерий смачивания можно определить прямыми измерениями краевого угла q. Для этого пластинку изучаемого материала погружают в кювету с жидкостью. К плоской поверхности твердого вещества подводят пузырек воздуха. Освещая кювету с жидкостью проекционным фонарем, проецируют изображение пузырька на экран. В данной работе для определения краевых углов используют другой метод. В проекционный фонарь 1 (рис. 6.3) между источником света 2 и объективом 4 помещают испытуемый образец 3. На поверхность образца с помощью шприца наносят каплю жидкости. Изображение капли проецируют на экран 6, что позволяет с достаточной точностью по увеличенному изображению капли 5 определить краевой угол смачивания. Точность измерений зависит от угла q. Она максимальна при краевых углах, приближающихся к 90°. Следует отметить, что измерения могут быть точными, но неверными. Определение истинного угла смачивания затруднено, прежде всего, из-за загрязнения поверхности. Присутствие даже следовых количеств постороннего вещества может значительно исказить результат измерения. При нанесении капли, размер которой превышает З мм, капля может быть деформирована под действием силы тяжести и это может повлиять на результат измерения. Кроме того, на поверхности твердого тела всегда адсорбируется воздух, для его вытеснения и установления равновесного краевого угла требуется некоторое время. Процесс испарения капли также может сказаться на результате измерения.

Последовательность выполнения работы

1. Определение краевого утла смачивания поверхности фторопласта водой:

1) промыть поверхности образцов водопроводной водой, сполоснуть дистиллированной, затем протереть (осушить) фильтровальной бумагой, осторожно держа их за торцы;

2) с помощью чистого шприца нанести капельку воды на поверхность образца фторопласта;

3) поместить образец в проекционный фонарь;

4) включить проекционный фонарь и, перемещая образец перед источником света, отрегулировать четкое перевернутое изображение капли на экране;

5) остро отточенным карандашом очертить на бумаге, наложенной на экран, контур капли и линию поверхности образца;

6) удалить каплю фильтровальной бумагой, нанести новую каплю и повторить измерение утла смачивания.

2. Изучение влияния концентрации водных растворов ПАВ на смачивание поверхности фторопласта:

1) используются растворы олеата натрия тех же концентраций, что и в работе 5;

2) последовательно, на образец фторопласта нанести капли растворов ПАВ указанных концентраций, начиная с наименьшей, каждый раз замеряя угол смачивания поверхности, как в первой части работы. Перед нанесением каждой следующей капли поверхность образца следует осушить фильтровальной бумагой;