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旋轉滴界面張力儀測試技術的發展

閱讀:852      發布時間:2010-01-26
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低界面張力現象首先為美國已故表面化學家Harkins等所報道。1926年,Harkins和Zollman在研究鹽對界面張力的影響時發現,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數量級,達到以0.04mN/m。這是當時測得的低界面張力值。他還發現,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。在當時的技術條件下,其值小得無法測定。此現象在當時并無合理的解釋,也未受到足夠的重視。究其原因,一則當時生產上尚無迫切要求,二則尚無測定低界面張力的好方法。
1942年,Vonnegut首先應用旋轉滴法測定表面與界面張力,并成功測定了低界面張力。此法測定的界面張力值可低達10-6mN/m的水平,為深入研究超低界面張力現象奠定了基礎。(B.Vonnegut,Rev.Sci.Instr.11 6(1942))
1952年,Silberberg(A.Silberg, Ph.D. Thesis, University of Basel, Switzerland, 1952)用旋轉滴法測試了聚合物體系的低界面張力值。同時,他提出了軸承發熱現象和由此導致的對界面張力測值的影響。(注:溫度變化時,通常溫度超高,界面張力值越低。作為控制技術,通常我們采用恒溫控制系統,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滴外形問題,為我們計算界面張力的確切值提供了非常有效的辦法。他們測試了各種旋轉速度下的旋轉滴的界面張力值。但是,不同的是,他們是通過測試液滴的長度與體積來計算界面張力值,而不是通過測試液滴的直徑來計算的。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非常大的。
1971年,Ryden和Albertsson使用了Princen et al的基本方法測試了一個界面張力值小于0.01mN/m的不相溶的兩相聚合物體系。但是他們采用的旋轉速度為200—450轉/分。這個速度用于測試有粘度的聚合物可能適用,但是,對于低粘度樣品而言,這個速度基本不符合要求。
同年,Patterson et al修改了測試方法后,用于測試溶化了的聚合物溶液。他們采用了測試液滴直徑的方法來測試界面張力值,同時提出了經驗校正因子值。
1975年,Torza設計了一個采用氣浮軸承以避免軸承發熱,同時,他還使用了磁性連接頭,以避免軸的擺動。采用這種技術,轉速可以提高到7000轉/分鐘,也減少了擺動。但是,這個速度再也沒有超越。與此同時,他們采用了一種直徑非常大的樣品管作為測試用樣品管。這種方法后來被采用到了現在被廣泛采用的Texas德州大學的旋轉滴界面張力儀中(TX500系列)。
1977年,Gash和Parrish發明了一種恒定轉速旋轉滴界面張力儀用于測定表面活性劑的界面張力值。他們通過一個鋁合金連接件直接將樣品管與馬達連接,而不采用軸承。這種方法用于低于3600轉/分時可能可以,但用于高速時,肯定不行。

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美國科諾工業有限公司 (戰略合作伙伴:上海梭倫信息科技有限公司)

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