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固体聚合物表面接触角的测量及表面能研究

陈晓磊  
【摘要】:聚合物的表面能是计算聚合物表面与其他物质相互作用自由能的重要参数,与聚合物的粘合、吸附、摩擦、生物相容性等性质密切相关,表面能的检测对确定聚合物的表面性质有十分重要的意义。接触角测量法是获得固体表面能参数的重要手段,而接触角的测定与接触时间、表面粗糙度及液体体积等因素密切相关。本文采用躺滴法测量聚合物平板表面的接触角,考察了固液接触时间、固体表面粗糙度及液体体积对接触角的影响,通过实验数据结合理论分析,以求得出各因素对接触角影响的合理解释。 通过研究蒸馏水、丙三醇、甲酰胺、二碘甲烷及乙二醇在聚合物表面接触角随时间的变化,结果表明:对于不同的聚合物,接触角达到平衡的时间不同,起始接触角与平衡接触角之差也不同,这是固液界面van der Waals引力和Lewis酸碱引力共同作用的结果,其中Lewis酸碱引力起主要作用;通过研究蒸馏水在一系列粗糙的聚合物表面接触角随粗糙度的变化,结果表明:固体表面粗糙性是导致接触角滞后的重要原因,随着粗糙度的增大,聚合物的前进角增大,后退角减小,在三相界面接触线上引入静摩擦力能够较好地解释粗糙表面产生接触角滞后现象的原因;通过研究不同体积的蒸馏水在聚合物表面接触角随液体体积的变化,结果表明:在实际固体表面,接触角对液体体积的依赖性不是三相接触线上线张力单独作用的结果,而是线张力与静摩擦力共同作用的结果。 基于以上研究,测量了液体在光滑的聚合物表面的接触角,运用Owens与Wendt法和LW-AB法分别计算聚合物的表面能,结果表明Owens与Wendt法仅适用于确定非极性固体聚合物的表面能,而LW-AB法既适合非极性固体聚合物表面能的计算,也适合极性固体聚合物表面能的计算。因此,通过LW-AB法得到了PP、 PS、 ABS及PMMA的表面能参数。通过固液界面相互作用自由能的计算,较好地解释了接触角对接触时间的依赖性。


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