Метод определения гидрофильности поверхности
Цель работы. Определение степени гидрофильности и гидрофобности сыпучих строительных материалов.
Гидрофильность и гидрофобность – частный случай лиофильности и лиофобности – характеристики молекулярного взаимодействия веществ с различными жидкостями. Гидрофильность и гидрофобность можно оценить по растеканию капли воды на гладкой поверхности тела, т. е. по его смачиванию.
На гидрофильной поверхности капля растекается полностью, а на гидрофобной — частично, причём величина угла между поверхностями капли и твердого тела зависит от того, насколько данное тело гидрофобно.
Рисунок 7 – Примеры гидрофильной и гидрофобной поверхностей
Приборы и реактивы.
Образцы сыпучих и древесных строительных материалов (песок, сапонит, базальт, древесина).
Дистиллированная вода.
Этиловый спирт.
Установка KRUSS Easy Drop.
Для определения степени гидрофильности и гидрофобности веществ, исследуемых в данной работе, проведены эксперименты по определению краевого угла смачивания поверхностей базальта, сапонита и древесины (сосны) полярным и неполярным растворителями. В качестве полярного вещества выбрана вода, а в качестве слабополярного – 100% этиловый спирт, обезвоженный с помощью силикагеля.
Для определения краевого угла смачивания необходимо измерить высоту капли и диаметр ее основания. Решить данную экспериментальную задачу позволяет установка KRUSS Easy Drop [25]. Система EasyDrop (рисунок 29) была разработана для решения стандартных задач по измерению краевого угла и поверхностного межфазного натяжения, а также для расчета свободной энергии поверхности.
Система позволяет определить краевой угол смачивания поверхности в газовой или жидкой фазе; измерить поверхностное натяжение методом висячей капли; рассчитать свободную поверхностную энергию твердых материалов.
|
Рисунок 8 - Лабораторная установка для измерения краевого угла и межфазного поверхностного натяжения KRUSS Easy Drop
|
Для измерения краевого угла с помощью установки KRUSS Easy Drop каплю жидкости помещают на образец, расположенный на подъемном столике. С одной стороны капля подсвечивается, а на противоположной стороне расположена видеокамера, которая записывает изображение капли (рисунок 9).
|
Рисунок 9 - Изображение капли раствора этанола (50%) на поверхности стальной пластинки |
Изображение капли передается на компьютер, оснащенный платой захвата изображения и выдающего изображение на монитор.
Значения краевых углов смачивания, а также косинусов этих углов и отношений косинусов заносят в таблицу 10.
Таблица 10 – Определение степени гидрофильности (гидрофобности) исследуемых поверхностей
Вещество |
Угол смачивания |
Косинус угла |
Отношение косинусов |
|||
Вода θ1 |
Спирт θ2 |
Вода (cos θ1) |
Спирт (cos θ2) |
cos θ1/cos θ2 |
||
Базальт |
|
|
|
|
|
|
Песок |
|
|
|
|
|
|
Сапонит |
|
|
|
|
|
|
Древесина |
|
|
|
|
|
|
За величину гидрофильности принимается значение отношений cos θ1/cos θ2 , полученных на исследуемых образцах при нанесении воды и спирта.
Лабораторная работа №11