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旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

閱讀:911      發(fā)布時(shí)間:2010-01-04
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低界面張力現(xiàn)象首先為美國已故表面化學(xué)家Harkins等所報(bào)道。1926年,Harkins和Zollman在研究鹽對(duì)界面張力的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),將油酸溶在苯中,氫氧化鈉溶于水中后形成的液液界面張力比苯-水界面張力降低三個(gè)數(shù)量級(jí),達(dá)到以0.04mN/m。這是當(dāng)時(shí)測(cè)得的低界面張力值。他還發(fā)現(xiàn),如果在苯水兩相體系中含有油酸、氫氧化納、油醇、氯化鈉四種成份,則界面張力更低。在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下,其值小得無法測(cè)定。此現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)并無合理的解釋,也未受到足夠的重視。究其原因,一則當(dāng)時(shí)生產(chǎn)上尚無迫切要求,二則尚無測(cè)定低界面張力的好方法。
1942年,Vonnegut首先應(yīng)用旋轉(zhuǎn)滴法測(cè)定表面與界面張力,并成功測(cè)定了低界面張力。此法測(cè)定的界面張力值可低達(dá)10-6mN/m的水平,為深入研究超低界面張力現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。(B.Vonnegut,Rev.Sci.Instr.11 6(1942))
1952年,Silberberg(A.Silberg, Ph.D. Thesis, University of Basel, Switzerland, 1952)用旋轉(zhuǎn)滴法測(cè)試了聚合物體系的低界面張力值。同時(shí),他提出了軸承發(fā)熱現(xiàn)象和由此導(dǎo)致的對(duì)界面張力測(cè)值的影響。(注:溫度變化時(shí),通常溫度超高,界面張力值越低。作為控制技術(shù),通常我們采用恒溫控制系統(tǒng),基本控制這些因素的影響)。
1967年,Princen et al通過橢圓積分解決了旋轉(zhuǎn)滴外形問題,為我們計(jì)算界面張力的確切值提供了非常有效的辦法。他們測(cè)試了各種旋轉(zhuǎn)速度下的旋轉(zhuǎn)滴的界面張力值。但是,不同的是,他們是通過測(cè)試液滴的長度與體積來計(jì)算界面張力值,而不是通過測(cè)試液滴的直徑來計(jì)算的。這樣一來,需要不斷的維持液滴量,否則液滴的體積的變化會(huì)非常大的。
1971年,Ryden和Albertsson使用了Princen et al的基本方法測(cè)試了一個(gè)界面張力值小于0.01mN/m的不相溶的兩相聚合物體系。但是他們采用的旋轉(zhuǎn)速度為200—450轉(zhuǎn)/分。這個(gè)速度用于測(cè)試有粘度的聚合物可能適用,但是,對(duì)于低粘度樣品而言,這個(gè)速度基本不符合要求。
同年,Patterson et al修改了測(cè)試方法后,用于測(cè)試溶化了的聚合物溶液。他們采用了測(cè)試液滴直徑的方法來測(cè)試界面張力值,同時(shí)提出了經(jīng)驗(yàn)校正因子值。
1975年,Torza設(shè)計(jì)了一個(gè)采用氣浮軸承以避免軸承發(fā)熱,同時(shí),他還使用了磁性連接頭,以避免軸的擺動(dòng)。采用這種技術(shù),轉(zhuǎn)速可以提高到7000轉(zhuǎn)/分鐘,也減少了擺動(dòng)。但是,這個(gè)速度再也沒有超越。與此同時(shí),他們采用了一種直徑非常大的樣品管作為測(cè)試用樣品管。這種方法后來被采用到了現(xiàn)在被廣泛采用的Texas德州大學(xué)的旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀中(TX500系列)。
1977年,Gash和Parrish發(fā)明了一種恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀用于測(cè)定表面活性劑的界面張力值。他們通過一個(gè)鋁合金連接件直接將樣品管與馬達(dá)連接,而不采用軸承。這種方法用于低于3600轉(zhuǎn)/分時(shí)可能可以,但用于高速時(shí),肯定不行。

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