4096

Рис. 6. Контур капли жидкого адгезива на поверхности подложки В точке А, находящейся на этой границе, приложены три силы: сила

поверхностного натяжения на границе жидкость - газ ζ10, сила поверхностного натяжения на границе твердое тело - газ ζ20 и сила межфазного натяжения на границе твердое тело - жидкость ζ12. Каждая из этих сил направлена перпендикулярно границе взаимодействия трех фаз (периметру капли на поверхности), тангенциально к соответствующей поверхности раздела и стремится сократить эту поверхность.

Угол θ между поверхностью капли и поверхностью твердого тела, измеряемый со стороны жидкости, называется краевым углом или углом смачивания. Форма капли и величина угла смачивания определяются соотношением величины поверхностной энергии Гиббса твердого тела на границе с жидкостью (ζ12) и газовой фазой (ζ20) и рассчитываются по Уравнению Юнга

Значения В=cosθ лежат в пределах -1 < cosθ < 1 и являются критерием способности жидкости смачивать твердое тело.

Если угол θ острый (θ < 90o) и cosθ > 0, то есть ζ20 > ζ12, то жидкость смачивает твердое тело (рис. 6а).

Если угол θ тупой (θ > 90o) и cosθ < 0, то есть ζ12 > ζ20, то жидкость не смачивает твердое тело (рис. 6в).

Смачиваемость водой некоторых твердых тел характеризуется следующими краевыми углами: кварц – 0о, малахит – 17о, графит –55о, тальк – 69о, парафин – 106о. Хуже всего смачивается водой фторопласт, на котором угол смачивания водой – 108о.

Поверхности, хорошо смачиваемые жидкостью, называются лиофильными, в случае воды – гидрофильными. Гидрофильную поверхность имеют оксиды и гидроксиды металлов, силикаты, сульфаты, карбонаты.

Поверхности, не смачиваемые жидкостью, являются лиофобными, не смачиваемые водой – гидрофобными. Гидрофобной поверхностью обладают органические соединения с большим содержанием углеводородных групп (все углеводороды и другие органические вещества с углеводородными радикалами).

Из неорганических веществ гидрофобными являются графиты, сера, сульфиды тяжелых металлов.

Объединив уравнения Дюпре и Юнга получаем

Следовательно, при Wk<2Wa, когда адгезия жидкости более чем вдвое превышает ее когезию к твердому телу и θ < 90o смачивание наблюдается.

При Wk>2Wa, когезия жидкости более чем вдвое превышает ее адгезию к твердому телу и θ > 90o жидкость не смачивает твердое тело.

Если же Wa=Wk, то краевой угол равен нулю, и жидкость растекается по поверхности твердого тела.

Таким образом, условием хорошего смачивания жидкостью твердого тела является слабая когезия. Когезия снижается с понижением поверхностного натяжения и вязкости жидкостей, и с повышением температуры. Различные жидкости неодинаково смачивают одну и ту же поверхность. Наилучшим образом смачивает поверхность та жидкость, которая ближе по полярности к смачиваемому веществу и имеет меньшее поверхностное натяжение. Например, углеводороды, имеющие малые значения поверхностного натяжения,

смачивают практически любую поверхность. Ртуть же, имеющая большое значение поверхностного натяжения, практически не смачивает твердые тела.

Среди лакокрасочных материалов краски на основе растительных масел имеют невысокие значения поверхностного натяжения на границе с воздухом (ζ =25-35 мДж/м2). Такие краски хорошо смачивают самые разные поверхности. Для олигомерных пленкообразователей поверхностная активность снижается в ряду

Алкидные > Полиэфирные > Эпоксидные > Фенолоформальдегидные > > Мочевиноформальдегидные.

Поверхностное натяжение органических растворителей (углеводородов, эфиров, спиртов) равно 22-36 мДж/м2, в то время как поверхностное натяжение воды равно 72,7 мДж/м2. Поэтому краски на водной основе неудовлетворительно смачивают гидрофобные и плохообезжиренные поверхности. Для снижения поверхностного натяжения в воднодисперсионные краски вводят спиры и ПАВы (поверхностно-активные вещества).

Часто определить краевой угол смачивания бывает невозможно (например, при смачивании порошков), тогда единственной характеристикой смачивания остается теплота смачивания – энергия, выделяющаяся во время процесса смачивания, т.е. при погружении твердого тела в жидкость.

Таким образом, рассмотренные поверхностные явления присутствуют при использовании лаковых, олифовых и эмалевых покрытий древесины в производстве мебели и других древесных изделий, металлов при защите от коррозии. В производстве резиновых изделий эти явления характерны почти для каждой технологической операции; при бетонной и кирпичной кладке; изготовлении керамических изделий, эмалированной и фарфоровой посуды; книгопечатании и изготовлении пластмасс. То есть, везде, где два и более материала соединяются при помощи третьего в единую систему (или без него), присутствуют явления прилипания и склеивания.

Реактивы и оборудование

1) диапроектор; 2) набор подложек; 3) набор адгезивов; 4) пипетка

Экспериментальная часть

Для измерения краевого угла смачивания подложек различными адгезивами в данной работе используется метод жидкой капли. На подложку,

имеющую гладкую поверхность, пипеткой наносят каплю адгезива. Каплю выдерживают некоторое время при определенной температуре для ее растекания на твердой поверхности и установления равновесного краевого угла смачивания. После этого проводят измерения, пользуясь установкой, схема которой приведена на рис. 8.

Контур капли, помещенной между линзой и источником света диапроектора (рис. 8), проектируют на экран, получая увеличенное в 15 раз изображение капли.

1

Рис. 8. Схема экспериментальной установки для определения краевого угла смачивания:

1 – источник света, 2 – кнопка для включения лампы; 3 – система линз; 4 – подложка; 5 – ручка наводки на резкость; 6 – объектив; 7 - экран

Контур капли зарисовывают на листе бумаги и в точке ее соприкосновения с твердой поверхностью около границы раздела трех фаз проводят касательную. Краевой угол смачивания образца приближенно определяют

и при помощи обычных угломерных устройств.

Для более точного определения краевых углов смачивания используют метод, согласно которому измеряют высоту капли жидкости (h), а также диаметр (d) или радиус окружности (r) смачивания. Зная эти размеры капли, рассчитывают tg по следующим формулам:

Однако в данной работе преимущественно используются капли малого размера, для которых деформацией за счет массы можно пренебречь, и для углов < 90о формула (21) упрощается и принимает вид:

Рассчитав по (11) значение tg , определяют краевой угол смачивания, пользуясь инженерным калькулятором. За искомую величину принимают среднее из трех параллельных измерений, результаты опытов сводят в табл. 13.

Таблица 13

1

2

3

Сделайте вывод о смачиваемости каждого вида подложки различными адгезивами, построив ряд возрастания или убывания смачивания. Сравните разные подложки между собой по степени смачиваемости. Какая из них является гидрофобной или гидрофильной, лиофобной и лиофильной?

Вопросы для самоконтроля и повторения

1.Какие явления называют поверхностными? Примеры.

2.Что такое краевой угол смачивания?

3.Какие поверхности являются гидрофильными и гидрофобными, лиофильными и лиофобными?

Библиографический список

Основная литература

1.Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. – Спб.: ХИМИЗДАТ, 2010. – 446 с.

2.Глинка Н. Л. Общая химия [Текст] : учеб. для бакалавров : доп. М-вом высш.

и сред. спец. образования в качестве учеб. пособия для студентов нехимических специальностей высш. учеб. заведений / Н. Г. Глинка; под.

ред.: В. А. Попкова, А. В. Бабкова. - 18-е изд., перераб. и доп. - М. : Юрайт,

2012. - 898 с.

Дополнительная литература

1.Новикова Л.А. Лакокрасочные, клеевые материалы и гальванические покрытия при изготовлении машин лесного комплекса [Текст] : Методические указания для аудиторной и самостоятельной работы бакалавров по направлению подготовки 151000.62 – Технологические машины и оборудование, Министерство образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2013. – 20 с. (электронная версия в ЭБС ВГЛТА).

2.Азаров В. И. Химия древесины и синтетических полимеров : доп. УМО по образованию в обл. лесн. дела в качестве учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению 240400 - "Хим. технология органических веществ и топлива" по специальности 240406 - Технология хим. переработки древесины" / Василий Ильич, Анатолий Владимирович, Артемида Валентиновна ; В. И. Азаров, А. В. Буров, А. В. Оболенская. - Изд. 2-е, испр. - СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2010. - 624 с.

3.Химия [Текст]: лаб. практикум с компьютеризированными лабораторными работами : [для студентов 1 курса специальностей 020802, 080502, 150405, 190601, 190702, 190603, 220301, 250201, 250203, 250401, 250403] / Л. И. Бельчинская, А. И.

Дмитренков, О. А. Ткачева, О. Ю. Стрельникова; М-во образования и науки Рос. Федерации, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования "Воронеж. гос. лесотехн. акад.". - Воронеж, 2011. - 124 с.: ил. - Электронная версия.

4.Вильнав Ж.-Ж. Клеевые соединения. – М.: Техносфера, 2007. – 384 с.

5.Материаловедение и технология конструкционных материалов [Текст] : доп. УМО по образованию в обл. автоматизир. машиностроения в качестве учеб. для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по направлениям подгот.

бакалавров и магистров "Технология, оборудование и автоматизация машиностроит. пр-в" и дипломир. специалистов "Конструкт.-технол. обеспечение машиностроит. пр-в" / Владимир Борисович [и др.] ; В. Б. Арзамасов, А. Н. Волчков, В. А. Головин, В. А. Кузнецов, Э. Е. Смирнова, А. А. Черепахин, А. В. Шлыкова, Н. Ф. Шпунькин; под ред. В. Б. Арзамасова, А. А. Черепахина. - М. :

Академия, 2007. - 448 с.

Людмила Анатольевна Новикова Лариса Ивановна Бельчинская Александр Иванович Дмитренков Наталья Анатольевна Ходосова

ЗАЩИТА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТ ОТ КОРРОЗИИ

Методические указания к лабораторным работам для бакалавров по направлению подготовки 15.03.02 – Технологические машины и оборудование

Подписано в печать ……..2016. Формат 60×90 /16. Объем 3,0 п. л. Усл. печ. л. 3,0 . Уч.-изд. л. 3,93. Тираж 50 экз. Заказ

ФГБОУ ВО «Воронежск государственная лесотехническая академия» РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8

Отпечатано в УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10