Угол смачивания: понятие

Краевой угол смачивания – это параметр, определяющий смачиваемость твердой поверхности водой или другой жидкостью.

Он образуется между касательной, проведенной к поверхности жидкости, и твердым телом.

На угол смачивания влияют адгезия и когезия. От их соотношения зависит форма капли, степень ее растекания по твердому телу.

Адгезия работает на растяжение капли по поверхности – растекание. Она выражает сцепление молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Когезионные силы направлены на взаимное притяжение молекул внутри капли и формирование овальной формы.


Если адгезия больше когезии, то есть молекулы воды сильнее притягиваются к твердому телу, чем друг к другу, то поверхность хорошо смачивается жидкостью, и наоборот.


Хорошо смачиваются водой стекло или дерево, капли растекаются по поверхности, плохо – парафин или другая жирная или масляная поверхность. Ртуть не смачивает стеклянную поверхность, но растекается на цинке.

В зависимости от величины угла смачивания выделяют гидрофильные и гидрофобные поверхности.

Если угол смачивания менее 90°, то поверхность называется гидрофильной. Жидкость по такой поверхности растекается сильно. Причем углы до 60° можно назвать сверхгидрофильными, вода растекается по поверхности полностью.


Схема смачивания


По мере увеличения угла смачивания уменьшается площадь контакта капли с поверхностью.

Твердые тела, угол смачивания на которых равен или превышает 90 °, называются гидрофобными.

Капли жидкости на гидрофобных поверхностях округляются и площадь контакта становится все меньше.

Значений более 150° в природе не наблюдается, капли на такой сверхгидрофобной поверхности имеют сферическую форму и минимальный контакт с твердым телом.


Способы определения угла смачивания

Самым распространенным способом определения угла смачивания является фотофиксация капли на ровной горизонтальной поверхности. По профилю капли определяют угол смачивания.

Модернизируют этот способ путем прижатия капли, что позволяет определить углы оттекания и натекания.

Также производят измерение динамического угла контакта. Для этого осуществляют измерения в процессе добавления к капле дополнительного объема жидкости / уменьшения количества жидкости в капле либо изменения положения твердого тела – наклоняют его.


Краевой угол смачивания и работа антиадгезионных материалов

Угол смачивания – основной параметр, влияющий на работу антиадгезионных и антипригарных материалов.

Антиадгезионные составы применяются в полимерной промышленности, упаковочном оборудовании, работающем с расплавленными полимерными материалами, на формах для литья металлов и сплавов, а также в прочих механизмах, в который необходимо устранить прилипание.

Они наносятся на поверхности деталей и создают тонкий слой, который характеризуется высокой гидрофобностью.


Расплавленные пластики, металлы и сплавы не сцепляются с поверхностью (адгезия минимальна), поэтому удается эффективно устранить прилипание, образование нагара.


Гидрофобные материалы полезны и для обеспечения защиты от коррозии и примерзания, так как на обработанных ими поверхностях не скапливается влага – капли воды скатываются, не оставляя следов.


Разновидности гидрофобных материалов

Влагоотталкивающие материалы могут выпускаться в разных видах. Наиболее привычные из них – гели, жидкости и пасты. Ими обрабатывают обувь, стекла автомобилей и используют для прочих бытовых нужд.

Один из самых современных видов гидрофобных материалов – покрытия. Они создают прочный сухой тонкий слой, который не нуждается в обновлении. Они применяются в различных областях промышленности.

Например, антиадгезионное покрытие Modengy 1009 изготавливается на основе политетрафторэтилена и обладает очень высокой гидрофобностью.



Данный материал наносят на крепежные изделия для защиты от коррозии при эксплуатации в неблагоприятных условиях, оборудование для производства полимерных изделий для облегчения выемки готовой продукции и устранения прилипания, клапаны нефтегазового оборудования для предотвращения их примерзания и прочие элементы с подобными задачами.

Помимо антиадгезионных свойств покрытие обладает отличными антифрикционными характеристиками, что существенно расширяет сферы его применения.

Для обработки пористых материалов применяются специальные пропитки, способные глубоко проникать в структуру поверхности.

Также на рынке большое количество красок, которые эффективно работают при условии сохранения целостности слоя, лаков, морилок и прочих водоотталкивающих защитных составов с разными степенью гидрофобности и сферами применения.