Способность материала не смачиваться водой
Все основные свойства можно разделить на 4 группы:
1. Свойства, непосредственно отражающие отношение материала к пароводяной среде. Эти свойства характеризуют гидроизолирующую способность мат-ла:
-водонепроницаемость – способность мат. не пропускать воду при постоянном гидростатическом давлении.
— водопоглощение – способность мат. впитывать и удерживать воду
-водонасыщение – способность материала впитывать воду в поры, в которые предварительно искусственным способом был создан вакуум. Водонасыщение больше в численном выражении, чем водопоглощение, так как водопоглощение – заполнение открытых пор материала водой.
-гигроскопичность – способность материала поглощать влагу из паровоздушной среды, в частности из влажного воздуха.
— гидрофильность – способность смачиваться водой.
— гидрофобность – способность не смачиваться водой.
— влагоотдача – способность мат. отдавать влагу в окружающую среду(она хар-ся кол-ом воды, теряемой мат. в сут. при относительной влажности воздуха=60%, и при t = +20 0
2. Механические свойства:
— твердость – способн. мат. сопротивляться проникновению в них др., более твердых тел.
От показателей этих свойств зависит способность гидроизоляционных материалов сопротивляться внешним механическим воздействиям, оказывать сопротивление внутренним напряжениям без нарушения сплошности структуры, изменения формы и размеров.
3. Качественные характеристики, показывающие отношение материала к длительному воздействию внешней среды, стабильность основных показателей свойств гидроизоляции во времени.
— набухаемость– способность материала ↑ в объеме при насыщении водой. Наибольшая набухаемость у гидрофильных материалов.
— водостойкость – способн. мат. сохранять в водонасыщенном состоянии мех. св-ва.
— хим. биостойкость – способн. мат. сопр. биологич. процессам, кот возникают в эксплуатационный период и связаны с заражением грибами, порчей насекомыми
4. Адгезионные свойства: показывают способность гидроизоляционных материалов к сцеплению с поверхностью защищаемой конструкции или с промежуточным слоем.
Источник
Способность материала не смачиваться водой
Сма́чивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. Смачивание бывает двух видов:
- Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью)
- Контактное (состоит из трёх фаз — твердая, жидкая, газообразная)
Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами ) смачиваемого тела ( адгезия ) и силами взаимного сцепления молекул жидкости ( когезия ).
Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности:
- молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведёт себя ртуть на стекле, вода на парафине или «жирной» поверхности. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность;
- молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведёт себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.
Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем вынуть ее, то ртути на ней не окажется. Если же эту палочку опустить в воду, то после вытаскивания на ее конце останется капля воды. Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стек ла, а молекулы воды притягива ются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.
Если молекулы жидкости при тягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют сма чивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют не смачивающей это вещество. Ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.
Расположим горизонтально плоскую пластинку из какого-либо твердого вещества и капнем на нее исследуемую жидкость. Тогда капля расположится либо так, как показано на рис.5(а), либо так, как показано на рис. 5(б).
В первом случае жидкость сма чивает твердое вещество, а во втором — нет. Отмеченный на рис.5 угол θ называют краевым углом. Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости , где граничат твердое тело, жидкость и газ; внутри крае вого угла всегда находится жидкость. Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для не смачивающих — тупой. Чтобы дей ствие силы тяжести не искажало краевой угол, каплю надо брать как можно меньше.
Поскольку краевой угол θ сохраняется при вертикальном положении твердой поверхности, то смачивающая жидкость у краев сосуда, в который она налита, приподнимается , а не смачивающая жидкость опускается
Источник
Способность материала не смачиваться водой
Выполнила: Тюрина Анастасия.
Цель: узнать о явлениях смачивания и несмачивания, разобраться в причинах возникновения данных явлений.
Задачи:
— раскрыть основные понятия;
-выявить причины явлений смачивания и несмачивания;
-рассмотреть опыты, подтверждающие существование данных явлений;
-рассказать о существовании данных явлений в природе .
Смачивание и несмачивание (теория)
Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности:
1)молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведёт себя ртуть на стекле, вода на парафине или «жирной» поверхности. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность;
2)молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведёт себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.
Несмачивание — физическое явление отсутствия смачивания жидкостью поверхности материала.
Смачивание — физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости.
Смачивание бывает двух видов
-Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью )
-Контактное (состоит из 3х фаз — твердая, жидкая, газообразная)
Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания)- это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. Мерой смачивания служит краевой угол θ — это угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой (плоскостью поверхности твердого тела). Внутри краевого угла всегда находится жидкость. Для смачивающей жидкости θ — острый, для несмачивающей θ — тупой. При полном смачивании θ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.
Опыты, подтверждающие существование явлений смачивания и несмачивания
Положите рядом стеариновую и стеклянную пластинки. Капните из пипетки на каждую из них по маленькой капле воды. На стеариновой пластинке получится полушарие диаметром примерно 3 миллиметра, а на стеклянной пластинке капля растечется. Теперь возьмите стеклянную пластинку и наклоните ее. Капля уже и так растеклась, а теперь она потечет дальше. Молекулы воды охотнее притягиваются к стеклу, чем друг к другу. Другая же капля будет кататься по стеарину при наклонах пластинки в разные стороны. Удержаться на стеарине вода не может, она его не смачивает, молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стеарина.
Несмачивание в природе.
Роль поверхностных явлений в природе разнообразна. Например, поверхностная плёнка воды является для многих организмов опорой при движении. Такая форма движения встречается у мелких насекомых и паукообразных. Наиболее известны водомерки, опирающиеся на воду только конечными члениками широко расставленных лапок. Лапка, покрытая воскообразным налётом, не смачивается водой, поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление. Подобным образом перемещаются береговые пауки некоторых видов, но их лапки располагаются не параллельно поверхности воды, как у водомерок, а под прямым углом к ней.
Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями особых желёз, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключённый между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает запас плавучести, действуя подобно спасательному поясу.
Воскообразный налёт на листьях препятствует заливанию так называемых устьиц, которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений. Наличием того же воскового налёта объясняется водонепроницаемость соломенной кровли, стога сена и т.д.
Заключение
Таким образом, явления смачивания и несмачивания имеют важное значение в природе, промышленной технологии, быту. Хорошее смачивание необходимо при крашении и стирке, обработке фотографических материалов, нанесении лакокрасочных покрытий, пропитке волокнистых материалов, склеивании, пайке, амальгамировании и т. д. Снизить смачивание до минимума стремятся при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и др. В некоторых случаях, например при флотации и эмульгировании твёрдыми эмульгаторами, требуется сохранение краевых углов в определённом интервале значений. С. играет первостепенную роль в металлургических процессах, при диспергировании твёрдых тел в жидкой среде. Оно влияет на распространение грунтовых вод, увлажнение почв, разнообразные биологические и другие природные процессы.
Источник
Определение смачиваемости поверхностей (волокон и пористых материалов)
Автор: Dr. Christopher Rulison (Augustine Scientific)
Смачиваемость волокон измеряется на основе определения краевого угла смачивания одиночного волокна или связки нитей согласно теории Вашбурна. На практике данный метод реализован в процессорных тензиометрах K100 фирмы KRUSS.
Для определения смачиваемости различных поверхностей обычно рассчитывают краевой угол по методу лежащей капли. Этим методом легко пользоваться, особенно если поверхность однородная, плоская, без пор. Сформировать каплю на поверхности нити или пористого материала довольно сложно, кроме того, она будет проникать в поры, следовательно, профиль капли будет недостоверным или искаженным. Несмотря на то, что приборы краевого угла DSA100 фирмы KRUSS позволяют дозировать микрокаплю на волос (см. фото), для изучения смачивающих свойств волокон, порошков и пористых материалов тензиометр K100 был оснащен специальными держателями.
Расчет по методу Вашбурна
Согласно теории Вашбурна при соприкосновении волокна или пористого материала с жидкостью последняя будет подниматься за счет капиллярных сил. Капиллярные силы будут подчиняться уравнению:
где t — время соприкосновения, m — масса жидкости, поднявшейся по поверхности или впитавшейся в нее, А — постоянная величина, зависящая от свойств жидкости и поверхности.
При проведении исследований используют жидкость с известной плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением. Массу поднявшейся жидкости и время можно измерить. Следовательно, в уравнении Вашбурна останется две неизвестных величины: краевой угол смачивания и константа поверхности.
Если заведомо знать, что краевой угол смачивания поверхности определенной жидкостью равен нулю θ = 0° (cosθ = 1) , то можно найти константу поверхности (с). Обычно для определения постоянной поверхности используют н-гексан, т.к. при комнатной температуре он имеет низкое поверхностное натяжение (18,4 мН/м). После определения константы материала второй образец можно тестировать на смачиваемость нужной жидкостью.
Пример исследования
Для сравнения были выбраны три волокнистых материала: обычное оптоволокно, материал наподобие льна, использующийся для сохранности стекла при транспортировке (адсорбент), и сигаретный фильтр; результаты исследований приведены в таблице ниже.
В данном опыте исследовались не отдельные волокна, а пачки (пучки) нитей. Плотность упаковки влияет на результат. Интересно отметить, что адсорбент и сигаретный фильтр имеют схожие константы. Кроме того, упаковка этих материалов в специальный держатель была похожей, в обоих случаях было использовано 2,5 г. Для упаковки оптоволокна понадобилось 3,0 г на каждый опыт, стекло имеет относительно более высокую плотность; константа этого материала отличается.
Краевой угол смачивания материалов водой не стал неожиданностью. Минимальный угол (наилучшее смачивание) наблюдалось у льняного материала, который используют в качестве адсорбента. Оптоволокно по смачиваемости оказалось на втором месте, что также не явилось неожиданность, т.к. стекло имеет высокую поверхностную энергию. Наихудшие смачивающие свойства показал сигаретный фильтр.
| Волокнистый материал | Опыт | Константа материала (на основе н-гексана) | Краевой угол (на основе дистиллированной воды) |
| Оптоволокно | 1 2 | 1,172·10 -2 см 5 1,161·10 -2 см 5 | 54,8° 54,7° |
| Адсорбент | 1 2 | 1,634·10 -2 см 5 1,655·10 -2 см 5 | 44,8° 44,3° |
| Сигаретный фильтр | 1 2 | 1,623·10 -2 см 5 1,632·10 -2 см 5 | 65,0° — |
На сегодняшний день метод Вашбурна является почти единственной возможностью оценить смачиваемость поверхностей таких, как: пористые материалы, порошки и волокна. Константа материала, зависящая от плотности упаковки волокон/крупинок, может слегка отличаться от образца к образцу, но в пределах сохранения общих свойств материала.
Полимерная промышленность бурно развивается и позволяет производить материалы с заданными свойствами в зависимости от той области, где планируется использовать новый композит. Взаимодействие материала с разными жидкостями также определяет дальнейшую его судьбу. Порой для получения необходимого эффекта необходимо слегка изменить композиционный состав материала (см. статью «Оптимизация свойств покрытий»).
Таким образом, поверхностная химия — важный инструмент в области производства материалов с заданными свойствами.
Источник
